Доходы с завода через полтора года дали уже возможность отправить в Москву на операцию Ивана Павловича в сопровождении второй его дочери Екатерины Ивановны, «благоразумной Катеньки». В декабре 1836 г. тронулись они в путь по сибирским и российским дорогам. Все трудности пути выпали на долю двадцатилетней девушки. В Москве, остановились у брата Марии Дмитриевны, Василия Дмитриевича Корнильева. Жил он на Покровке в большом доме князей Трубецких, у которых был главным управляющим всеми их делами и именьями.
Гостеприимный Василий Дмитриевич жил широким домом, посещаемым многими москвичами. Соединив в себе сибирское хлебосольство и московскую любезность, Корнильев был приятен людям и не только своего круга. В доме у него бывали Гоголь, Пушкин (и Александр Сергеевич, в бытность свою в Москве, и отец его Сергей Львович). Поэтому смерть Александра Сергеевича, совпавшая с пребыванием Менделеевых в этом доме, отозвалась особенной грустью. Екатерина Ивановна вспоминала не раз потом, как, увидав только что поставленный в доме Корнильева бюст Пушкина, отец его Сергей Львович заплакал.
Доктор Броссе, знаменитый московский окулист, сделал Ивану Павловичу операцию, удачно сняв с обоих глаз катаракт. Зрение вернулось и вместе с ним вернулся свойственный Менделееву оптимизм. Иван Павловне уже стал подумывать опять о службе, но в Москве, за весь год его пребывания, ничего не удалось выхлопотать. Не хотелось расставаться с Сибирью, с Тобольском, а возможностей устроиться в Тобольске не было.
Вернувшись, он взялся помогать жене в управлении заводом, счастливый тем, что видит всю семью и главное любимца Митеньку. При совместном управлении завод стал давать дохода значительно больше. Вскоре после приезда из Москвы вышла замуж вторая дочь Менделеевых, Екатерина Ивановна, за сибирского чиновника Капустина. Первая, Ольга Ивановна, уже несколько лет была замужем за ялуторовским фабрикантом Медведевым. Благосостояние семьи увеличилось, Менделеевы получили возможность жить более широко, принимая у себя в Аремзянке весь цвет тогдашнего тобольского общества. Мария Дмитриевна становилась очень популярной и уважаемой женщиной. Конечно бывали и гащивали у них подолгу декабристы. В присутствии этих гостей Митя мог пока-что только сосать палец.
Мать уже с детства заметила в Митеньке редкие способности и в душе лелеяла мечту дать ему со временем высшее образование. Пока же надо было, думать только об обучении сына азбуке. Подрастал он, а старшего его брата Павла пора было отдавать в гимназию. Как ни жалко было расставаться с Аремзянкой всей семье, привыкшей к сельскому раздолью, пришлось переезжать в Тобольск.
Мария Дмитриевна сама постепенно перевозила все хозяйство в город. «Проведя два дня на фабрике, я возвратилась вчера во втором часу но полуночи и вслед за мною в 7 часов утра пришел мои обоз с курами, гусями, утками, индейками и их племенем и нянюшкою, и дойные четыре коровушки с Геркушею и его женою», — писала Мария Дмитриевна дочери своей Екатерине Ивановне. (10 апреля 1839 г. Тобольск). Маленького Митю в городе сразу же стали учить грамоте, в пять лет он умел писать и занимался с учителем. Как раз к этому времени относится еще одно письмо Марии Дмитриевны к дочери, где она описывает свой день: «Окруженная моими детьми, я посвящаю им остаток жизни моей, ведь мне уже 50 лет, и я считаю себя счастливою, что в настоящем положении могу исполнять мои обязанности в отношении нравственного образования младших сыновей моих, Паши и Мити. Мой день проходит приятно, в тишине, при ученьи сыновей. Утро до прихода учителя начинается повторением заданного, в 11-м часу приходит Стахий Степанович, в первом оканчивается класс. После обеда я сама занимаюсь с ними до 5 часов. Напившись чаю, всегда почти вчетвером, если у нас никого нет, все мы едем в коляске прокатиться, и, проведя таким образом день, я довольна, не желая и не заботясь о визитных знакомствах».
Мария Дмитриевна Менделеева
Дети радовали ее успехами и, казалось, все было хорошо и спокойно в семье, своим трудом завоевавшей это спокойствие. С приездом в Тобольск доходы с завода значительно уменьшились, пришлось отпустить повара, Мария Дмитриевна сама помогала стряпухе: «Утешаюсь тем, — пишет она, — что, привыкнув к черным кухонным работам, когда надо будет везти отсюда в университет Пашу и Митю, я не заставлю на старости лет мужа моего нанимать для себя прислуги, а сварю ему щи и кашу и испеку хлеб». Иван Павлович, тяготясь отсутствием привычной педагогической деятельности, взял временную работу корректора в Тобольской типографии.