В северной столице Менделеевы остановились у обосновавшихся там старых тобольских друзей Протопоповых. Опять начались хлопоты, но поступить в Петербургский университет Дмитрий не мог по той же причине, что и в Московский. Зашла речь о Медико-хирургической академии, но, побывав в ее анатомическом театре, Дмитрий почувствовал, что для профессии врача он не обладает достаточно крепкими нервами.
Тогда Мария Дмитриевна стала хлопотать о приеме Дмитрия в Главный педагогический институт, в котором когда-то получил высшее образование его отец и куда принимались желающие изо всех округов. Но и здесь наткнулась на неудачу: в то время прием в институт проводился раз в два года, и в 1850 году как раз приема не было. Однако настойчивость любящей матери творит чудеса. И тогда случались исключения из правил. Дмитрий попал в число тех восьми абитуриентов, для которых сделали исключение. Как считают некоторые его биографы, попал не без протекции профессора математики Петербургского университета Д. С. Чижова, бывшего однокурсника И. П. Менделеева. Во всяком случае, в бумагах Дмитрия Ивановича сохранилась записка Чижова, позволяющая обратиться от его имени к инспектору института, статскому советнику А. Н. Тихомандрицкому, — где указывалось, что «податель сей записки сын покойного Ивана Павловича Менделеева, бывшего директора Тобольской гимназии, окончивший курс наук в той же гимназии».
Как бы то ни было, Дмитрия допустили к испытаниям, и он выдержал их (по девяти дисциплинам) с достаточным для зачисления средним баллом — 3,22. Лучшие оценки (четверки) получены по русскому и латинскому языкам. Последний он не любил, но лично отец с детства «натаскивал» его по латыни. Остальные оценки — 3, 3>1/>2, есть 2>1/>2 по немецкому языку и даже 2 по французскому. Что же, Тобольская гимназия давала не самое блестящее образование. Разве что все писавшие о ней считают свои долгом упомянуть, что как раз в 40-е годы XIX века преподавателем словесности и инспектором там служил известный всей грамотной России автор «Конька-горбунка» П. П. Ершов. Но вряд ли его педагогический талант был равен поэтическому. Да и Дмитрий Менделеев был не самым прилежным учеником, особенно в старших классах. Общее впечатление, которое можно вынести от сохранившихся в архивах его оценок, таково: способный ученик, занимающийся, однако, лишь настолько, чтобы не оставаться на второй год в классе. Как только такая опасность грозила, он сейчас же подтягивался — и отметки исправлялись. Экзаменационные, как правило, лучше годовых.