Костычев очень быстро превратился в прекрасного аналитика, которому профессор доверял проведение самых точных анализов. Теоретические представления Павла в области химии также значительно расширились. Этому способствовало талантливое изложение предмета на лекциях, частые встречи и разговоры с видными русскими химиками и знакомство со специальной литературой. Стараниями заведующего кафедрой и его многочисленных почитателей и друзей при лаборатории составилась хорошая специально химическая библиотека из необходимых журналов и справочных книг.
Лаборатория не могла вместить всех желающих стать химиками. Это видела и администрация института. В следующем году лаборатория была расширена вдвое, а свободных мест в ней все равно не было. В конце 1867 года Энгельгардт писал в одной из своих статей: «Студенты работают в лаборатории ежедневно… В прошедшем академическом году все 50 мест в лаборатории были заняты. В течение нынешнего года лаборатория расширена, так что теперь в ней с удобством могут заниматься до 100 практикантов. Не упуская своей главной цели, практического образования студентов по химии, лаборатория с самого своего основания поставила себе задачею, по мере сил и возможности, содействовать нашему хозяйству химическими исследованиями, направленными к разработке вопросов, касающихся русского сельского хозяйства».
Расширение лаборатории требовало увеличения штата. Энгельгардт усиленно добивался этого. Наконец его старания увенчались успехом. В 1868 году лаборант Лачинов назначается помощником профессора химии, а «студент Костычев был определен по вольному найму исправляющим должность лаборанта».
У лаборанта «по вольному найму» работы было много, но это была любимая, желанная работа, о которой давно мечтал Костычев. Что же касается жалованья, то его хватало на оплату маленькой комнаты и на пропитание. Можно было отказаться от репетиторства и целиком отдаться науке и исследованиям в лаборатории.
Что же это были за исследования? Энгельгардт не мыслил себе такой работы, которая приносила бы пользу только науке. Исследования ученого должны быть полезными народу, улучшающими его жизнь, облегчающими тяжелый труд. Примыкая к левому, наиболее революционному крылу народничества, Энгельгардт стремился и свои научные труды поставить на благо народа.
— Вы в бога верите? — спросил он однажды Костычева.
— Да что вы, Александр Николаевич! Это химику, по-моему, совсем не пристало, — смело ответил Костычев.
— Так-то оно так. А вот, знаете, есть студент по фамилии Шат, несимпатичная такая личность. Я к нему с таким же вопросом обратился, а он мне совершенно серьезно: «»Верую, верую, господин профессор, и не только верую, но и всечасно благословляю его десницу, приведшую меня на сию стезю». А «сия стезя» — это, надо полагать, сия лаборатория.