Дело о разводе закончилось тем, что в наказание на Д.И.Менделеева было наложено семилетнее церковное покаяние, в период которого он не имел права жениться вторично. Но в январе 1882 года священник Адмиралтейской церкви в Кронштадте обвенчал Дмитрия Ивановича Менделеева с Анной Ивановной Поповой, за что уже на следующий день был лишен сана.
В этом же году у них родилась дочь Люба — будущая жена поэта А.Блока, в квартире возобновились менделеевские “среды”.
Через два года после свадьбы у Менделеевых родился сын Иван, а позже, в 1886 году — близнецы Мария и Василий.
В 1883 году Д.И.Менделеев приступает к всестороннему исследованию водных растворов, используя для этого двадцатилетний опыт научной работы, новейшие измерительные методы, приборы и математические приемы.
Дмитрий Иванович Менделеев продолжает и далее заниматься прикладными проблемами науки — прилагает немалые усилия для организации в донецком бассейне крупного промышленного центра, публикует целый ряд работ, посвященных исследованию растворов и газов. “Показательно, что подводя своеобразный итог научной деятельности, Дмитрий Иванович отмечал: “Всего более четыре предмета составили мое имя: периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциаций и “Основы химии”. Тут все мое богатство”” (Ю.А.Овчинников).
В предисловии к седьмому изданию книги “Основы химии” (С.-Петербург, 1903) Д.И.Менделеев писал: “То для меня неожиданно — быстрый, успех, с которым распространились в нашей науке понятия периодической зависимости элементов от их атомного веса, а быть может и та усидчивость, с которою я собирал в этом сочинении по новому плану важнейшие сведения об элементах и их взаимных отношениях, объясняют причины того, что прошлые издания моего сочинения были переведены на английский… и немецкий… языки”.
Д.И.Менделеев занимается не только проблемами измерения температуры верхних слоев атмосферы, но и проектирует башню астрономической обсерватории в Петербурге.
В 1890 году Д.И.Менделеев уходит из Петербургского университета из-за конфликта с министром просвещения, проработав в университете 27 лет, но его научная деятельность отнюдь не кончается, он создает отечественный бездымный порох (“пироколлоидный”) превосходящий по своим характеристикам пироксилиновый порох французского производства, его лаборатория изготавливает необходимое количество пороха для широких Военно-морских испытаний.
Д.И.Менделеева “не перестают волновать судьбы развития производительных сил России, и он отправляется на Урал с целью определить возможность повышения промышленного потенциала этого района. Собирая данные о запасах уральских руд, обследуя металлургические заводы, Д.И.Менделеев пишет: “Вера в будущее России, всегда жившая во мне, — прибыла и окрепла от близкого знакомства с Уралом”” (Ю.А.Овчинников). В результате этого знакомства появилась масса новых идей и практических советов.