Окончив гимназию, в 1851 году Богданов поступил на естественное отделение физико-математического факультета Московского университета. И это прошло нелегко. До завершения курса со званием кандидата[57] (в 1855 году), Анатолий числился крестьянином, и бабушка платила за него подати. Он жил теперь одной мыслью – выбиться в люди любой ценой. «Наболело бесправие подкидыша». Юноша стремился завоевать внимание и покровительство профессоров. Его студенческая работа «О признаках определения формаций осадочных пород» была рекомендована к печати крупным геологом профессором Г.Е. Щуровским и удостоилась серебряной медали. Руководителем студента в университете стал профессор зоологии К.Ф. Рулье – сторонник эволюционной теории, блестящий педагог, о чьих лекциях с восхищением писал Герцен. Дорожа своими взаимоотношениями с профессурой, Богданов и здесь не сумел сойтись со сверстниками. Они видели в нем лишь выскочку и подхалима.
С окончанием университета наметился перелом к лучшему. Для подготовки к профессорскому званию Богданова послали в командировку за рубеж. За 15 000 рублей, данных бабушкой, он купил деревянный дом в Старопесков-ском переулке старой столицы. Посещение Германии, Бельгии, Франции позволило молодому учёному познакомиться с новейшими достижениями западноевропейской науки, малоизвестными ещё в России, изолированной от Запада в годы николаевской реакции. Интересовался Богданов тогда преимущественно зоологией, в особенности проблемой акклиматизации животных, увлекавшей Рулье в конце его жизни. Возглавляемый Рулье Комитет по акклиматизации готовил Акклиматизационную выставку, состоявшуюся в 1858 году в Манеже и предопределившую открытие Московского зоологического сада. Богданов вошел в этот комитет и стал одним из организаторов Зоосада. Уже в эти молодые годы он занял несколько хорошо оплачиваемых должностей и с гордостью сообщал бабушке, что получает 1400 рублей в год.
Дальше опять пошли неприятности. Защита магистерской диссертации «О цветности пера птиц» в 1858 году едва не кончилась провалом. Работа была написана наспех, и оппоненты оценили ее невысоко. Только письмо тяжелобольного Рулье учёному совету с добрыми словами о диссертанте спасло его. Вскоре Рулье умер. На факультете началась борьба за освободившееся место. В ней победил Богданов, искусно обойдя других претендентов, в том числе и более заслуженных вроде Н.А. Северцова (вероятно, в предвидении этого он и спешил с защитой). С тех пор Богданов навсегда связал свою жизнь с Московским университетом. В двадцать три года он адъюнкт; в двадцать девять лет, с 1863 года, – экстраординарный профессор, заведующий Зоологическим музеем.