В 1870 году друзья поселились в одном из домов, принадлежавших владельцам этого завода, за Невской заставой на Шлиссельбургском тракте. Это была рабочая окраина столицы. Жить здесь было небезопасно. Полиция усиленно следила за Лачиновым и Костычевым. Спустя год Лачинову удалось снова получить место в Земледельческом институте, а Костычев занял его должность в заводской лаборатории.
Лаборатория эта едва ли могла быть сколько-нибудь хорошей, работа в ней не удовлетворяла молодого ученого, но все же она давала ему кусок хлеба. Завод изготовлял квасцы, серную и соляную кислоты и еще некоторые химические продукты. Рабочие трудились здесь по четырнадцать часов в сутки, подвергаясь неслыханной эксплуатации со стороны капиталистов-заводчиков. В цехах не существовало никакой вентиляции, и люди вынуждены были дышать удушливыми парами серной кислоты. Костычеву приходилось целыми часами находиться в этих цехах и проверять качество и чистоту получаемых продуктов. Он очень тяготился этой работой и считал, что ему косвенно приходится помогать заводчикам эксплуатировать рабочих.
Костычев с его прямым и резким характером не мог мириться с заводскими порядками и нередко вступал в споры с управляющим и даже с самими хозяевами. Дело кончилось тем, что ему отказали от места и предложили немедленно освободить квартиру в заводском доме. Он опять остался без заработка.
Лачинов при поддержке известного ботаника профессора И. П. Бородина, занявшего в Земледельческом институте место покойного Карельщикова, добивался возвращения Костычева в институт, но из этого ничего не получилось. Сыну крепостного дворового человека Павлу Костычеву было трудно пробивать себе дорогу. Три года продолжались его мучения. Это были мучения не только нравственные, но и физические: почти все это время он вел полуголодное существование.
Наконец в декабре 1872 года ему удалось с помощью другого ученика Энгельгардта — Пургольда — получить работу. Костычев был «назначен на службу исправляющим должность пробирера лаборатории Министерства финансов»{ГИАЛО, фонд 14, дело 31441, связка 1752, опись 3, лист 6.}. Спустя некоторое время ему было поручено также проведение практических занятий по химии для учеников пробирного училища. Здесь Костычев проработал до 1876 года.
Поступление в эту лабораторию было сопряжено для Костычева с немалыми трудностями. Для зачисления на штатное место пробирера нужно было, в согласии с существующей табелью о рангах, получить определенный чин. В конце концов — официально лишь в июне 1874 года — Костычев и получил чин коллежского секретаря. Но до этого почти полгода шла переписка между «пробирной палаткой» и Петербургским земледельческим институтом, с одной стороны, и Московской казенной палатой, с другой, об исключении Костычева из числа мещан города Москвы. Костычев происходил из так называемого податного сословия, поэтому он вынужден был во время работы в Московской земледельческой школе в качестве репетитора записаться в число мещан города Москвы и платить там соответствующие подати. За ним осталась «недоимка» в сумме восьмидесяти копеек, и Московская казенная палата, ведавшая взиманием податей, на этом основании не желала исключить его из списка московских мещан. Наконец эти злосчастные восемьдесят копеек быkи взысканы принудительно. Московская казенная палата в своем письме в Петербург от 13 июня 1873 года сообщала: