Менделеев отправился к министру финансов Рейтерну и, как лицо не заинтересованное, стал его убеждать в выгодности для казны отмены откупной системы. Министру же скромный, но устойчивый доход с откупов представлялся уже прирученной синицей, а проблематичные сборы с каждого пуда нефти, как предлагал Менделеев, казались журавлем в небе. Ученый утверждал, что вместо одного-двух миллионов пудов легко довести добычу нефти до сотни миллионов пудов и не ввозить американский керосин, а вывозить за границу свой собственный. «Это ваши профессорские мечтания», – перебил его Рейтерн, и Менделеев в ярости покинул министерство. Он никогда не мог простить этой реплики и так часто о ней вспоминал, что тем самым прославил ничем иным не замечательного министра.
Резкие выступления Менделеева против откупов на нефть возымели действие лишь в 1872 году: нефтеносные участки стали распродаваться в частные руки. Однако Рейтерн оставался верен самому себе и наложил на нефть настолько высокий акциз, что русский керосин по цене с трудом мог соперничать с американским. Лишь когда отставание русской нефтяной промышленности от американской стало вызывать в правительстве тревогу, Рейтерн вынужден был вернуться к советам Менделеева и просить его снова изучить этот вопрос, для чего, в частности, в 1876 году Русское техническое общество послало Дмитрия Ивановича в Соединенные Штаты посмотреть, как там поставлено нефтяное хозяйство.
По итогам поездки он написал книгу «Нефтяная промышленность в североамериканском штате Пенсильвания и на Кавказе». Его перу также принадлежит брошюра «Где строить нефтяные заводы?». Нефтью Дмитрий Иванович занимался серьезно, приговаривая: «Без светоча науки и с нефтью будут потемки». Как теоретик, он высказал гипотезу минерального происхождения нефти из металлических карбидов. Как исследователь-практик, предложил принцип непрерывной дробной перегонки нефти, методы обработки и определения отдельных погонов, селективных растворителей, лично участвовал в проектировании первого нефтепровода между Баку и Батумом. Своими мероприятиями Менделеев добился, что русская нефтепромышленность на время опередила американскую. Правда, потом опять отстала из-за отсутствия капиталовложений на усовершенствование оборудования и развитие научно-исследовательской работы.
На третьем году супружеской жизни, когда материальное положение Менделеева упрочилось, он принял предложение приятеля и коллеги, профессора Технологического института Н. П. Ильина, разделить с ним покупку у разорившегося князя Дадиани маленького имения Боблово в Клинском уезде Московской губернии. Эта покупки привела к увлечению Дмитрия Ивановича сельским хозяйством до такой степени, что и в этом деле он стал профессионалом.