С 1841 года Турчанинов приступает к изучению природы и экономики Северной части Енисейской губернии на основании опросных записок. Обобщённые им сведения были опубликованы Академией наук и послужили поводом для организации в 1843 году знаменитой Таймырской экспедиции Академии наук, в которой приняли участие выдающиеся естествоиспытатели А.Ф. Миддендорф, Ф.Ф. Брандт и другие.
В 1842 году Турчанинов обработал ботанические коллекции П.А. Чихачёва с Восточного Алтая. Эта работа была выполнена им чрезвычайно быстро, всего за несколько дней, что говорит о колоссальном опыте учёного и великолепном знании им как сибирских, так и алтайских растений.
И наконец, Турчанинов принял самое непосредственное участие в обработке гербария, привезённого Г.С. Карелиным и И.П. Кириловым из экспедиций по Алтаю и Джунгарии. Да и трудно предположить, что совсем молодой человек, каким в то время был Кирилов, и в общем-то уже не молодой офицер Карелин, не имеющий серьёзной ботанической подготовки, смогли без его помощи определить все собранные растения. До них в тех местах были немногие.
Турчанинов готовил Кирилова себе в преемники, он очень много вложил в этого юношу, а самое главное, научил его самостоятельно работать. Но судьба распорядилась иначе. И.П. Кирилов умер от пищевого отравления осенью 1842 года в городе Арзамасе, когда возвращался из экспедиции. При этом пропали письма Карелина и экспедиционные материалы.
Турчанинов тяжело переживал эту потерю. В письме А.А. Бунге он писал: «Преждевременная смерть Кирилова поразила ещё и в том отношении, что я ему думал передать после моей смерти всю мою ботаническую коллекцию, но Богу угодно было пережить мне этого молодого человека, бывшего почти вдвое моложе меня». По сути, эта смерть подвела черту и ботанической работе Г.С. Карелина. Турчанинов с сожалением писал, что «после смерти Кирилова Карелин отошёл от ботаники, перестал посылать растения».
Служебная карьера Турчанинова в Сибири закончилась в 1845 году вскоре после отставки графа Канкрина. Впрочем, возможно, это был только повод уйти с государственной службы, поскольку известно, что годом раньше, в мае 1844 года, в письмах к Бунге он говорит, что продал дом и собирается перебраться из Сибири на юг, возможно, в Таганрог.
В другом письме он пишет, что подал прошение об отставке, но в связи с отставкой губернатора вынужден исполнять его службу. Здесь же он сетует, что это отвлекает его от академических занятий ботаникой. Однако, как справедливо считают Р.В. Камелин и А.К.Сытин, причина неожиданного ухода с государственной службы состояла не только в том, что Турчанинов предполагал всецело посвятить своё время науке. Решающее значение имело и то, что 1 мая 1844 года оставил свой государственный пост министр финансов Е.Ф. Канкрин. А через месяц (с такой скоростью доставлялась почта в Красноярск) прошение об отставке подал и Турчанинов. Назначенная пенсия составила 400 рублей серебром в год, что было весьма немного для должности, которую Турчанинов занимал. Скорее всего, до царского двора дошли вести о его дружбе с декабристом Давыдовым.
После отставки Турчанинов обосновывается в небольшом провинциальном Таганроге — там, где шумит теплое Азовское море, где растут арбузы и цветут вишневые сады. Он уже не нуждался в помощи больших гербариев, поскольку его личная коллекция была столь огромна, что сделала бы честь любому столичному ботаническому учреждению. Работа по определению сибирского гербария продвигалась успешно. Турчанинов готовился к путешествиям в тёплые страны, неизведанные земли. Он был свободен, обладал огромными знаниями и был уже известен в ботанических кругах всего мира. Несчастный случай не позволил осуществиться этим планам: Турчанинов упал с гербарной лестницы и сломал ногу. Лечение было крайне неудачным, и он до конца своих дней передвигался только на костылях.
В Таганроге он восстановил знакомство с другом детства, а сейчас профессором и заведующим кафедрой ботаники В. М. Черняевым, который приглашал Турчанинова поселиться в Харькове, где у Турчанинова были родственники. Черняев убедил Турчанинова передать его богатейший гербарий Харьковскому университету.
Б. М. Козо–Полянский полагает, что Турчанинов руководствовался желанием спокойно заниматься приведением в порядок гербария и его научной обработкой; отсутствием собственных средств на размещение и содержание огромной коллекции, на её пополнение за счёт новых приобретений; опасением за судьбу гербария после своей смерти. Все эти причины представляются вполне резонными. Вполне вероятно, что Турчанинов, передавая в дар университету единственную и бесценную для него собственность, желал тем самым способствовать славе воспитавшего его университета, а для себя — оставить добрую память в потомстве. При этом, следуя всепоглощающей страсти коллекционера, он надеялся увеличивать гербарий не только на свои скромные средства, но и с помощью значительно превосходящих возможностей университета.