Высшее духовное начальство высоко ценило нравственные качества и незаурядные умственные способности иеромонаха Феофана, и потому 13 декабря 1844 года он был переведен в Петербургскую духовную академию на должность бакалавра по кафедре нравственного и пастырского богословия.
Сознавая великую ответственность перед Богом в деле духовного воспитания юношества, отец Феофан стремился действовать на будущих пастырей большой добротой, любовью и кротостью. «Воспитатель, – писал он, – должен пройти все степени христианского совершенства, чтоб впоследствии в деятельности уметь держать себя, быть способным замечать направления воспитываемых и потом действовать на них с терпением, успешно, сильно, плодотворно. Это должно быть сословие лиц чистейших, богоизбранных и святых». К преподаваемым предметам иеромонах Феофан относился с большим вниманием. Оставив философско-умозрительные методы работы, молодой богослов опирался на опыт аскетический и психологический. Главными – после Священного Писания и творений святых отцов – источниками его лекций были жития святых и психология.
февраля 1845 года отец Феофан был назначен помощником инспектора академии, а с 20 мая по 4 августа 1846 года он исполнял обязанности инспектора. За ревностное исполнение этих обязанностей, засвидетельствованное академическим начальством, иеромонах Феофан был во второй раз удостоен благословения Святейшего Синода, а 25 мая 1846 года – и звания соборного иеромонаха Александро- Невской Лавры.
Иеромонах Феофан был глубоко предан делу христианского воспитания, однако его влекла уединенная монашеская жизнь. Вскоре представился случай к удовлетворению духовных устремлений отца Феофана. 21 августа 1847 года по собственному желанию он был назначен членом Духовной миссии в Иерусалиме.
Во главе Русской Духовной миссии стоял архимандрит Порфирий (Успенский), прекрасный знаток Востока, известный церковный археолог. Кроме иеромонаха Феофана сотрудниками миссии состояли два студента, окончившие Петербургскую семинарию, Н. Крылов и П. Соловьев. 14 октября 1847 года миссия отбыла из Петербурга в Палестину. Шестилетнее пребывание на Востоке имело для иеромонаха Феофана большое духовное и нравственное значение. Посещая древние обители, он неутомимо изучал писания святых отцов по древним рукописям, знакомился с уставом и житиями древних подвижников восточных обителей и святой Афонской горы. Молодой аскет вошел в тесную духовную связь с афонскими старцами, которые оказали благотворное влияние на направление его духовной жизни и впоследствии способствовали изданию его сочинений. Здесь, на Востоке, отец Феофан основательно изучил греческий и французский языки, познакомился с еврейским и арабским.
В 1853 году началась Крымская война, 3 мая 1854 года члены Русской Духовной миссии были отозваны из Иерусалима в Россию. За свои труды в миссии иеромонах Феофан был возведен 4 апреля 1855 года в сан архимандрита и 12 апреля назначен в Петербургскую духовную академию бакалавром по кафедре канонического права, а через полгода – на должность ректора Олонецкой духовной семинарии. Олонецкая духовная семинария в это время была еще совершенно не устроена, даже не имела своего здания. Архимандрит Феофан занимается организацией строительства здания для семинарии. Однако главной заботой отца Феофана было воспитание учащихся Олонецкой семинарии.
Помимо семинарии на архимандрита Феофана были возложены многие дела по епархии из-за отсутствия Олонецкого архиепископа Аркадия, который был вызван в Санкт-Петербург для присутствия в Святейшем Синоде. 17 октября 1855 года отец Феофан определен членом Олонецкой Духовной консистории. Архимандрит Феофан заботился об улучшении проповеднической деятельности приходского духовенства и выработал целый ряд мер борьбы с расколом, который утвердился в тех краях в форме даниловщины, филипповщины, аристовщины и странничества.
В 1856 году архимандрит Феофан был назначен на должность настоятеля посольской церкви в Константинополе, что было обусловлено тем, что он был хорошо знаком с православным Востоком и вполне подготовлен к этой должности. Константинопольская Церковь в это время переживала большие трудности в связи с распрей греков с болгарами. Русское правительство и Святейший Синод, заинтересованные в скорейшем ее прекращении, поручили архимандриту Феофану собрать сведения, касающиеся греко-болгарской распри. 9 марта 1857 года отец Феофан представил отчет, который имел большое значение при обсуждении этого вопроса Святейшим Синодом Русской Православной Церкви. Своей симпатией к болгарскому народу, сочувствием к его законным требованиям, своим искренним желанием помочь отец Феофан снискал себе большую любовь среди болгар. Озабоченный сложной ситуацией в Болгарской Церкви, архимандрит Феофан не забывал и о благе Константинопольской Церкви. Он близко познакомился с внутренней жизнью константинопольского патриархата, с состоянием Синода, положением патриарха, епископов, священников, содержанием церквей и духовенства, и ему открылась бедственная картина. Обо всем этом отец Феофан писал в своем отчете, взывая о помощи к «великодушной» России, которой «не следует оставлять своей матери по вере в этом беспомощном состоянии».