Назначенный в 1758 г. главой Географического департамента Академии наук, Ломоносов начинает работу по составлению нового «Российского атласа» и добивается рассылки во все губернии географических анкет, сведения из которых могли бы помочь в создании различных карт, работает над «Рассуждением о большей точности морского пути», в котором предложил ряд новых навигационных приборов и инструментов. Вдобавок ко всему этому вместе с академиком И. Брауном проводит опыты по замораживанию ртути.
В 1761 г. ученый мир Европы готовился наблюдать одно из редких явлений природы — прохождение Венеры по диску Солнца. По предложению Ломоносова были снаряжены две экспедиции в Сибирь, а он сам наблюдал это явление у себя в домашней обсерватории. В результате Ломоносову первому в мире удалось установить, что «планета Венера окружена знатною воздушною атмосферою». Успех этого наблюдения привлек Ломоносова к вопросам практической астрономии. В 1761–1763 гг. он занимался усовершенствованием ньютонианского и грегорианского телескопов, фотометрией звезд, конструировал астронавигационные приборы.
Летом 1761 г. Ломоносов закончил подготовку к печати руководства по горному делу «Первые основания металлургии или рудных дел». В этом руководстве он поместил два прибавления, второе из них — «О слоях земных» явилось, по выражению В. И. Вернадского, «блестящим очерком геологической науки XVIII века».
Смерть Елизаветы, свержение Петра III, воцарение Екатерины II многое изменили в жизни ученого. Были вынуждены уехать за границу «для поправления здоровья» его покровители И. Й. Шувалов и М. И. Воронцов. Ломоносов остался наедине со своими усилившимися врагами. Вконец расстроенный и больной, он написал Екатерине Прошение, в котором просил уволить с академической службы с пожизненной пенсией. Екатерина подписала было указ об увольнении Ломоносова в отставку, однако уже через две недели он был отменен. Ломоносов остался в Академии, а в конце 1763 г. был произведен в статские советники с окладом 1800 рублей в год.
В этот период Ломоносов начинает еще одно и последнее в своей жизни крупное предприятие. В поданной наследнику Павлу записке «Краткое описание разных путешествий по северным морям и показание возможного проходу Сибирским океаном в Восточную Индию» он высказывает давно занимавшую его мысль о необходимости найти путь на восток вдоль берегов Сибири.
По представлению Ломоносова и в большом секрете была снаряжена морская экспедиция под командованием капитан-командора В. Я. Чичагова, которая уже после смерти ученого дважды, в 1765 и 1766 гг., пыталась пройти «Сибирским океаном» на восток, но оба раза встретила сплошные льды и закончилась неудачей.
Научная слава Ломоносова достигает зенита. В мае 1760 г. его избирают почетным членом Шведской академии наук, а в апреле 1764 г. — почетным членом Академии наук Болонского института. Находившийся в Париже И. И. Шувалов намеревался представить кандидатуру Ломоносова в Парижскую академию, но было уже поздно. 4(15) апреля 1765 г. «после нового припадка своей прежней болезни, который у него сделался от простуды» Ломоносов скончался у себя дома на Мойке. 8 апреля его похоронили при большом стечении народа на Лазаревском кладбище Александро-Невской лавры. На его могиле установлен сделанный в Италии памятник из каррарского мрамора.
15 апреля того же года в академическом собрании прозвучали слова: «Не стало человека, имя которого составит эпоху в летописях человеческого разума, обширного и блестящего гения, обнимавшего и озарявшего вдруг многие отрасли».
НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛОМОНОСОВА
В памяти народной навсегда остаются герои, совершившие подвиг во славу Родины, во имя освобождения народа. Никогда не будут забыты имена Пересвета и Осляби, Минина и Пожарского, Разина и Пугачева и многих, многих других. В ряду народных героев всегда будет сиять и имя Ломоносова, способствовавшего освобождению русского народа от тьмы невежества, пламенного патриота, отца русской науки и «Петра Великого русской литературы» (В. Белинский).