В декабре того же года в Москву приехал отставной поручик сенатской роты Попов и повез санным путем отобранных учеников в Санкт-Петербург. Здесь их сначала устроили при Академии наук, а потом сняли для них помещение в Новгородском подворье, которое располагалось на Васильевском острове. Сама же Академия размещалась на Стрелке Васильевского острова — в здании Кунсткамеры и бывшем дворце царицы Прасковьи Федоровны.
В столице приезжие студенты продолжали изучать географию, иностранные языки, историю; с большим интересом слушали они лекции об устройстве Вселенной. В свободное время Д.И. Виноградов с товарищами знакомился с городом, в котором их поражало многое — и размах строительства, и величественная Нева, и белые ночи летом, и многое другое…
Спустя некоторое время поступило предложение от немецкого берг-физика и металлурга И.Ф. Генкеля послать к нему на обучение нескольких русских студентов. Президент Академии наук И.А. Корф наметил для отправки за границу троих человек, в их числе был и Д.И. Виноградов.
Сначала "петербургские руссы" должны были изучить теоретические и общетехнические вопросы, поэтому они направились в Марбург, куда и прибыли в первых числах ноября 1736 года[28]. Д.И. Виноградова и М.В. Ломоносова интересовала химия, и в Марбурге они стали изучать основы этой науки у доктора медицины Конради, но через три недели убедились, что химию тот знал плохо. Тогда профессор Христиан Вольф (их руководитель) составил для русских студентов другой план занятий, и они приступили к систематической учебе, а химию стали изучать у профессора Ю.Г. Дуйзинга. Кроме химии русские студенты изучали арифметику, геометрию, рисование, тригонометрию, французский и немецкий языки.
Осенью 1737 года из Петербургской академии наук было получено новое "наставление" о порядке обучения русских студентов. В нем указывалось, что при изучении естественной истории они должны тщательнее всего ознакомиться с разделом о минералах, чтобы научиться узнавать и различать все виды камней и руд. Кроме обучения по книгам рекомендовалось знакомиться с образцами минералов в кабинетах, кунсткамерах и самим собирать экспонаты.
В начале 1739 года программа обучения русских студентов в Марбурге была закончена, и они переехали во Фрейберг, где явились к горному советнику И.Ф. Генкелю. У него русские студенты стали изучать минералогию, металлургию и другие науки, не ограничиваясь только лекциями и практическими занятиями в лабораториях. Они посещали шахты, в которых работали наравне с рудокопами… Все преподаватели отмечали выдающиеся успехи Д.И. Виноградова, который к общему образованию, полученному на родине, прибавил еще и знания в прикладных науках.
