По возвращении из-за границы Павлов начал читать лекции по физиологии в Военно-медицинской академии, а также врачам клинического военного госпиталя. К этому периоду относится разработка им новой оригинальной методики изготовления так называемого сердечно-легочного препарата (изоляции сердца и легких от общего круга кровообращения для экспериментального изучения многих специальных научных и практических вопросов физиологии кровообращения), а также фармакологии. Павлов заложил крепкий фундамент своих будущих исследований физиологии пищеварения: он обнаружил нервы, регулирующие секреторную деятельность поджелудочной железы, и осуществил свой поистине классический опыт с мнимым кормлением.
О результатах своих исследований Павлов регулярно сообщал на страницах отечественных и зарубежных научных журналов, на заседании физиологической секции Общества естествоиспытателей С.-Петербурга и на съездах этого общества. Вскоре его имя стало широко известным в России и за границей.
Радость, доставляемая творческими успехами и их высокой оценкой, постоянно отравлялась тяжелыми материальными условиями существования. Беспомощность Ивана Петровича в житейских делах и материальные лишения особенно остро стали ощущаться после его женитьбы в 1881 г. О подробностях этого периода жизни Павлова известно мало. В «Автобиографии» о невзгодах тех лет говорится кратко: «Вплоть до профессуры в 1890 г. уже женатому и имевшему сына в денежном отношении постоянно приходилось очень туго» [>16 И. П. Павлов. Полн. собр. трудов, т. V, стр. 372.].
В конце 70-х годов в Петербурге Павлов познакомился с Серафимой Васильевной Карчевской, слушательницей Педагогических курсов. Ивана Петровича и Серафиму Васильевну объединяла общность духовных интересов, близость взглядов по многим актуальным в то время вопросам жизни, верность идеалам служения народу, борьбы за социальный прогресс, которыми была насыщена передовая русская художественная и публицистическая литература тех времен. Они полюбили друг друга.
В молодости Серафима Васильевна, судя по фотографиям того периода, была очень красивой. Следы былой красоты сохранились на ее лице даже в глубокой старости. Иван Петрович также обладал весьма приятной внешностью. Об этом свидетельствуют не только фотографии, но и воспоминания Серафимы Васильевны. «Иван Петрович был хорошего роста, хорошо сложен, ловок, подвижен, очень силен, любил говорить и говорил горячо, образно и весело. В разговоре сказывалась та скрытая духовная сила, которая всю жизнь поддерживала его в работе и обаянию которой невольно подчинялись все его сотрудники и приятели. У него были русые кудри, длинная русая борода, румяное лицо, ясные голубые глаза, красные губы с совершенно детской улыбкой и чудесные зубы. Особенно нравились мне умные глаза и кудри, обрамлявшие большой открытый лоб» [
