В сентябре этого же года Илья Петрович перевез детей и жену в Москву, где надеялся получить новое назначение. Старшие дети, Николай и Петр, поступили в школу. Разлука с любимой гувернанткой, родным домом и другом Веничкой стала для Пети первой серьезной душевной травмой. 30 октября он писал Фанни: «Мы в Москве уже более трех недель, и каждый день все члены нашей семьи вспоминают о Вас, у нас так грустно. <…> Нельзя вспомнить эту жизнь в Воткинске, мне очень хочется плакать, когда я думаю об этом».
Чайковские прожили в Москве около месяца, где планы Ильи Петровича получить желанную должность провалились. В ноябре он перевез семью в Петербург, надеясь, что в столице ему больше повезет с работой. Николая и Петра отдали в частный пансион Шмеллинга, где мальчики «вместо прежних товарищей..<…> увидали ораву мальчишек, встретивших их как новичков по обычаю приставаниями и колотушками». Им пришлось усердно заниматься из-за того, что в связи с переездами было пропущено много учебного времени. Мальчики уходили в пансион ранним утром, возвращались домой в пять часов и затем весь вечер готовились к занятиям на завтра.
Расставание с привычной воткинской обстановкой, с близкими людьми, пребывание в пансионе Шмеллинга не могли не отразиться на и без того эмоционально хрупком ребенке. Корь, физически не опасная в его возрасте, «довершила его нервное расстройство». Начались сильные припадки, и доктора определили страдание спинного мозга. Никаких более сведений об этой болезни, по признанию самого Модеста, не имеется. Однако можно предположить, что уже тогда Чайковский страдал неврастенией и его проблемы носили не физический, а психический характер. Неудивительно, что в это время его поведение и настроение частично теряют черты прежнего благодушия. «Дети уже не те, — пишет Александра Андреевна, — что были в Воткинске; свежесть и веселость исчезла. Николай постоянно бледный и худощавый, Пьер — тоже». В письме к Фанни в феврале 1850 года Александра Андреевна жалуется на то, что Петя очень изменился характером: «Он стал нетерпелив, и при каждом слове, которое ему говорят и которое ему не по вкусу, — слезы на глазах и ответ готов». Родители решили больше не посылать Петю к Шмеллингу, а Николая определили в другой, более спокойный пансион Гроздова, где он оставался до поступления в Горный корпус.
Однако переезд в Петербург положительно повлиял на развитие музыкальных способностей будущего композитора. Его родители договорились с профессиональным преподавателем об уроках, и несмотря на то что из-за Петиной болезни состоялось всего несколько занятий, они оставили заметный след. Годы спустя на вопрос о том, когда он начал сочинять музыку, Чайковский часто отвечал, что он делает это с тех самых пор, как только музыку узнал. «И он в полном смысле слова узнал [музыку], — пишет Модест Ильич, — во время его первого приезда в Петербург».
