В 1876 году Кареев успешно сдал магистерские экзамены, а в сентябре 1877-го выехал в Париж для работы над диссертацией. Огромную помощь в организации поездки оказал учитель – В.И. Герье. В Париже Кареев тесно сошелся со многими знаменитостями русской эмиграции: П.Л. Лавровым, Г.А. Лопатиным, П.А. Кропоткиным, М.П. Драгомановым. Познакомился и с известным французским историком Фюстелем де Куланжем. Через год, в июне 1878 года, историк вернулся в Москву. Архивный материал собран – оставалось лишь переписать набело диссертацию, что и было сделано в имении Аносово. Уже зимой вышла книга «Крестьяне и крестьянский вопрос во Франции в последней четверти XVIII века». А 21 марта 1879 года состоялась защита. Она прошла необычайно бурно: в ходе диспута о диссертации весьма резко высказывался сам Герье. Публика же была целиком и полностью на стороне диссертанта, сопровождая аплодисментами его смелые и убедительные аргументы. В защиту выступил и молодой доцент М.М. Ковалевский. Впоследствии, однако, именно В.И. Герье предложил уже магистру Карееву место экстраординарного профессора Варшавского университета.
С августа 1879 года Н.И. Кареев – в Польше. Варшавский период жизни оказался сложным: надо было преподавать в русскоязычном университете в польском городе с польскими студентами и множеством польских профессоров. И в такой ситуации Кареев сумел стать одним из любимейших преподавателей местного студенчества. Помимо чтения лекций по всему курсу всеобщей истории и активной публицистической деятельности он приступил к написанию докторской диссертации «Основные вопросы философии истории». В 1882–1883 годах Николай Иванович – вновь в Западной Европе, в Париже и Берлине, где большую часть времени проводит в библиотеках, заканчивая диссертацию. И еще одно важное событие произошло в варшавский период: в ноябре 1881 года Кареев женился на дочери московского преподавателя географии Софье Андреевне Линберг.
24 марта 1884 года состоялась защита диссертации в стенах Московского университета. В ноябре 1884-го была подана просьба на имя декана историко-филологического факультета Санкт-Петербургского университета В.И. Ламанского о занятии освободившейся должности профессора всеобщей истории. Университет медлил с приглашением, а Кареев спешил покинуть Варшаву. С января 1885 года он уже преподает в Александровском лицее Санкт-Петербурга, а через полгода, с 23 августа 1885-го, Кареев становится приват-доцентом столичного университета. С осени 1886 года он также читает лекции на Высших женских (Бестужевских) курсах. Экстраординарным профессором его назначили в конце 1886-го, а через четыре года, в 1890-м, – ординарным. Как и полагалось либеральному профессору, Н.И. Кареев включился в активную общественную деятельность: он участник Литературного фонда, Исторического общества, Отдела для содействия