С осени 1875 года мать и сын поселились в Петербурге. Всю зиму Серов проучился в пансионе Мая. После отъезда из Парижа он почти не рисовал. Лишенный руководства Репина, он не мог своими силами создать что-либо такое, что отвечало бы его возросшим требованиям. Поначалу он пробовал рисовать, но рвал свои рисунки, а потом вообще забросил это занятие, хотя Валентина Семеновна всячески его уговаривала.
Чтобы подзадорить его, Валентина Семеновна пошла с ним в гости к Ге. Обстановка мастерской художника и вправду подействовала на Тоню благотворно. Ге разрешил ему взять для копирования несколько гравюр из своей коллекции. Серов выбрал «Даму в белом атласном платье» голландской школы и «Сикстинскую мадонну» Рафаэля. Скопировал он их хорошо, вполне грамотно, но без увлечения. Зато с удовольствием рисовал собственную композицию на евангельский сюжет: «Обручение девы Марии с Иосифом».
Весной Тоша заболел, и Валентина Семеновна переехала с ним на юг, в Киев. Туда звал ее некто Немчинов, студент-медик, репетитор детей Мамонтовых, с которым она познакомилась, живя в подмосковном имении Мамонтова Абрамцеве.
В Киеве летом 1876 года она вступила с Василием Ивановичем Немчиновым в гражданский брак.
О Немчинове у Серова сохранились хорошие воспоминания. Немчинов занимался с ним, подготавливал к экзаменам в гимназию, был добр и ласков, и мальчик оттаял, стал менее замкнут, начал посещать киевскую рисовальную школу Мурашко, которая, конечно, была не то, что занятия с Репиным, но все же он хоть не забывал того, что было им достигнуто.
Отдать сына в школу Мурашко посоветовал Валентине Семеновне Репин. Самому Мурашко, который был его приятелем по Академии, Репин писал: «Я Серовой наказывал в Москве познакомиться с тобой в Киеве, где она теперь живет… и отдать тебе сына Тоню (очень талантливый мальчик, „божьей милостью“ художник), обрати особенное на него внимание».
Впоследствии в своих воспоминаниях Мурашко писал, что Серов на занятиях был очень серьезен и как-то даже надут.
Пройдя репинскую школу, он легко справлялся с задачами, которые ставились перед учениками у Мурашко, и, окончив рисунок раньше всех, тотчас же начинал покрывать его со всех сторон рисунками лошадей.
А в общем школа Мурашко и сам он оставили у Серова неприятные воспоминания. Серов впоследствии даже не мог понять, почему так получилось. Наверно, потому, что Мурашко сменил Репина на уроках рисования, но не мог занять место Ильи Ефимовича в сердце мальчика…
В то же время Немчинов подготовил его во второй класс, и он, сдав экзамены, осенью 1877 года поступил в киевскую гимназию. Гимназия понравилась ему гораздо больше пансиона Мая, хотя в ней и существовали телесные наказания. Начальство, надо сказать, не злоупотребляло ими. Только раз директор взял Тошу за вихор, увидев, как тот рисует на стенке его, господина директора, портрет. Но наказание было скорее отеческим, чем строгим, с тех пор директор даже благоволил к юному художнику.