Ряд впечатлений во Флоренции был для него новым и неожиданным, и он с большой смелостью высказал свои суждения о впервые увиденных вещах. Веласкес в своем конном портрете Филиппа IV привлек его величавым обликом всадника, жизненностью передачи коня, простотой и умеренностью своих красок. На каждом шагу художника ожидали новые открытия. Его внимание остановила одна погрудная мадонна в круглом обрамлении; ее задумчивый младенец поднял глаза свои к небу; златокудрые юноши-ангелы составляли вокруг Марии венок. Иванов зарисовал фигуру одного из ангелов, хотя он никогда не слышал в Петербурге имени Боттичелли — создателя «Мадонны Магнификат».
Больше всего нового ожидало его в кабинете рисунка. Молодому художнику было особенно дорого приобщиться к творческой лаборатории великих мастеров, из которой вышли их прославленные шедевры. Его привели в восторг своей законченностью рисунки Леонардо, особенно этюды драпировок с мягко спадающими складками, окутанными нежной полутенью. Рисунки Перуджино понравились ему больше его картин, так как в них есть «жизнь, какую художник в первом чувстве изливает с натуры в свое произведение». Но вот перед глазами художника появляется странный лист, весь исчерченный безукоризненно выполненными нагими фигурами. Напряженные мускулы нарисованы в нем «полукружными чертами», фигуры то «загибаются», то «пригибаются» «по таинственной причине, известной только одному мастеру». Иванов признавался, что не в силах был разгадать сюжет рисунка, но сразу узнал, и не ошибся, руку Микеланджело.
Долгое время молодой художник провел в зале античных мраморов. Многие из них были знакомь ему по академическим слепкам, которые он когда-то старательно копировал. Когда глазам его предстала Венера Медицейская, ему хотелось об этих слепках не вспоминать. «Я забыл, — восклицал он впоследствии, — что это произведение руки человеческой, забыл и восхищался и целым и частями». Какая полнота форм! Какое соответствие их с целым! Счастливая минута — он поверил, что нет в мире ничего совершеннее этого произведения. Когда он оглядывался на входящих в этот зал посетителей, ему казалось, что каждый «взорами приносит жертву богине красоты».
К Риму молодые путешественники подъезжали с теми переживаниями, какие хорошо знакомы были множеству их предшественников. Ехали обычно долго, в томительном ожидании, и когда уже у всех, казалось, истощалось терпение, веттурин (по-итальянски «извозчик») на повороте дороги останавливал лошадей, слезал с облучка и, указав кнутом на едва виднеющееся вдали в голубой дымке возвышение, говорил традиционные слова: «Вот он, святой Петр!» У новичков замирало дыхание, некоторые молча снимали шляпы. «Сердце забилось у меня, — признавался позднее Иванов, — при столь громком имени. Тысячи восторженных мыслей наполнили душу мою».