Переселяясь в Петербург, покидая Германию, несмотря на попытки правительства удержать его (ему предлагали профессуру в Галле), Бэр надеялся, помимо прочего, продолжать свои эмбриологические исследования. Но ему пришлось встретиться с такими же затруднениями, как и в первое пребывание в Петербурге. Правда, он написал и здесь несколько отрывочных работ по истории развития, но обширные планы его никак не удавались, так что он наконец махнул на них рукой и даже предоставил кёнигсбергскому книгопродавцу Борнтрегеру издать второй том «Истории развития животных» незаконченным, хотя почти готовая рукопись лежала в его портфеле, и только после смерти Бэра была издана его биографом, профессором Штидою. В деятельности академии Бэр сразу начал принимать самое прилежное участие; он читал публичные лекции, преимущественно для врачей и натуралистов, по антропологии и истории развития, произнес на годичном акте академии в 1836 году замечательную речь «Взгляд на развитие наук» и исполнял обязанности библиотекаря. При библиотеке он остался до самого выхода в отставку; он заведовал вторым (иностранным) отделением ее; под его руководством был составлен громадный систематический каталог в 22 тома; каталог рукописей написан его собственною рукою.

Необходимость отказаться от продолжения эмбриологических исследований вытекала для Бэра, по всей вероятности, преимущественно из незнакомства его с русским языком. Все свои лекции и речи он должен был произносить или по-немецки, или по-латыни и лишь через долгое время научился говорить по-русски настолько, что, например, в бытность свою в Астрахани мог беседовать с русскими купцами-рыбниками. Как совершенно верно указывает наш маститый ученый Ф. В. Овсянников в своей биографической статье о Бэре, в Петербурге всегда есть полная возможность достать эмбриологический материал на бойнях, на живорыбных садках и так далее. Как бы то ни было, но Бэру пришлось отказаться от любимейшего из своих желаний – изучать далее эмбриональное развитие животных. Уже одно это обстоятельство должно было подействовать на него подавляюще; кроме того, непривычная жизнь в громадном и чужом по духу Петербурге и суровый петербургский климат также сильно тяготили его. Не раз он выражал сожаление, что оставил Германию и «сам дерзкою рукою вмешался в дело своей судьбы». В особенности тяжело было ему в первые годы пребывания в нашей столице. Но мало-помалу подготовились новые обстоятельства, которые примирили его с переменою положения и открыли ему такие широкие научные интересы, что оставленная эмбриологическая деятельность была с избытком наверстана им в других областях естествознания.

Занимаясь среди прочего анатомией моржа и собирая данные для монографии по этому животному, Бэр интересовался также способами ловли моржей у северных берегов России. Поэтому он очень был рад, когда познакомился с молодым русским моряком, лейтенантом Циволькою, который несколько раз бывал в Архангельске и был хорошо знаком с нашими северными морями и практикуемой на них моржовою охотой. После бесед с Циволькою в Бэре проснулось давнишнее его стремление посетить архипелаг Новая Земля – во-первых, чтобы на месте познакомиться с жизнью моржей, их анатомией и условиями их лова, а во-вторых, чтобы посмотреть, «что может природа сделать на Крайнем Севере с такими малыми средствами». На Новой Земле не бывал до него ни один натуралист. Бэр стал хлопотать о посылке экспедиции для исследования этих островов. Хлопоты его были приняты сочувственно, и летом 1837 года была отправлена от Академии наук экспедиция на Новую Землю, с Бэром во главе. Кроме Бэра, в состав экспедиции вошли: Циволька, лаборант Филиппов, дерптский студент Леман, рисовальщик и служитель. Таким образом, начался ряд путешествий, результатами которых Бэр обогатил географическую науку.

В начале июня экспедиция была в Архангельске. Казенная шхуна, ожидавшая их, оказалась так мала, что в каюте не было места для всех членов экспедиции; пришлось нанять еще большую лодку (ладью) охотников на моржей. На этих двух судах экспедиция отплыла в море и 2 июля достигла южного берега Кольского полуострова, где была встречена снежною бурей. Вдоль берега путешественники поплыли к северу, местами выходя на берег и делая экскурсии. Наконец, воспользовавшись поднявшимся южным ветром, они доехали к 17 июля до Новой Земли. Здесь они пробыли шесть недель, делая различные наблюдения и собирая коллекции. Бэр был в восторге от обилия и новизны впечатлений, произведенных на него этою бедною и до свирепости суровою страною.

Вот что пишет он, например, в своем отчете: «Полное отсутствие не только деревьев, но даже кустарников придает полярным странам особый характер. Глаз лишен возможности измерять расстояние. Отсутствие деревьев и построек, к размерам которых привык глаз, служит причиною того, что расстояния кажутся меньшими, горы более низкими. Обман зрения усиливается необычайною прозрачностью воздуха в ясные дни. Отсутствие деревьев и даже сочной травы вызывает чувство одиночества, охватывающее как образованного мыслителя, так и простого матроса. Но это чувство не имеет в себе ничего подавляющего; напротив, в нем есть что-то торжественное, возвышенное; его можно сравнить только с тем глубоким впечатлением, которое возбуждает и оставляет навсегда посещение Альп. Немногие живущие внутри страны птицы никогда не кричат; насекомые также не издают почти никаких звуков; песцов слышишь только ночью. Полное отсутствие звуков напоминает тишину могил. Выскакивающие из земли мыши, двигающиеся по прямой линии и опять исчезающие в землю, напоминают собою скорее призрак, чем живое существо. Кажется, будто здесь совсем нет жизни, и это потому, что здесь очень мало движения. Растения и листья деревьев других стран обыкновенно колеблются от легкого ветерка; здесь же растения так низки, что ветер до них не достигает, они неподвижны и кажутся как бы нарисованными».

В сентябре Бэр был уже в Архангельске и оттуда благополучно возвратился в Петербург, вполне довольный своим путешествием. Академии была передана коллекция животных и растений Новой Земли.

Это путешествие повело за собою стремление к новым подобным же предприятиям; в 1839 году Бэр совершил со старшим сыном своим Карлом поездку для исследования островов Финского залива, а в 1840 году вместе с будущим знаменитым путешественником Миддендорфом (в то время профессором Киевского университета) посетил Кольский полуостров. Он надеялся еще раз попасть на Новую Землю, но на этот раз это не удалось. Таким образом, Бэр все более и более втягивался в область географии, и с 1840 года начал издавать, вместе с Гельмерсеном, особый журнал при академии, под названием «Beiträge zur Kermtniss des russischen Reiches» («Материалы к познанию Российской империи»). Путешествия его, однако, были на время прерваны новыми обязанностями, возложенными на него: с 1841 года он был назначен ординарным профессором сравнительной анатомии и физиологии в Медико-хирургической академии. Назначение это воскресило в нем совсем уже угасающее влечение к анатомическим и эмбриологическим работам; но в академии ему не особенно повезло: никак нельзя было ни устроить преподавания вполне согласно предложенной им программе, ни обзавестись надлежащим помещением, ни добыть достаточно средств для вполне научной постановки дела. Сама преподавательская деятельность Бэра не могла получить достойного развития уже потому, что он все еще не владел русским языком и принужден был читать свои лекции по-латыни. Тем не менее, он принес все же немалую пользу Медико-хирургической академии, добившись, энергичными хлопотами вместе с Пироговым и Зейдлицем, учреждения при академии анатомического института, в котором преподавание, по крайней мере, человеческой анатомии было поставлено наконец на надлежащую высоту. Но должность профессора, хотя и значительно увеличивала его содержание, в общем настолько тяготила его, не доставляя в то же время никаких удобств для самостоятельных зоологических работ, что Бэр в 1852 году сложил с себя это звание.