Незадолго до окончания гимназии в семействе Костомаровых случилась новая беда: дом вновь был обворован. Об этом Костомаров сообщает так: «В 1833 году, когда я ожидал уже окончания курса гимназии, случилось в моем доме неожиданное и крайне неприятное событие. Мать моя уехала ко мне в Воронеж на зимних святках. В это время на наш деревенский дом напали ночью разбойники; связали сторожа, покалечили нескольких дворовых людей, забивая им под ногти шилья, жгли свечкою, допрашивая, есть ли у барыни деньги; потом пошли в дом, поотбивали замки в комодах и шкафах и ограбили все. Когда начало производиться следствие, оказалось, что виновником этого разбоя был помещик Валуйского уезда, отставной прапорщик Заварыкин, а в соумышлении с ним был один из наших крестьян-малороссов, другой – из чужих в той же слободе. Виновные были сосланы в Сибирь».

В тот же год открылась и настоящая причина смерти отца Николая Ивановича. Кучер, возивший его в лес, явился к священнику и потребовал, чтобы был собран звоном народ: он на могиле барина объявит всю правду о его смерти. Так и было сделано. Кучер всенародно, припадая к могиле, находившейся близ церкви, возопил: «Барин, Иван Петрович, прости меня! А вы, православные христиане, знайте, что его убили не лошади, а мы, злодеи, и взяли у него деньги, а ими суд подкупили». Началось следствие, потом суд. Кучер обличил двух лакеев, которые, однако, от убийства упорно запирались, но не могли скрыть того, что грабили деньги и ими подкупали суд. К делу привлечен был и повар, но тот запирался и за неимением улик был оставлен в покое. Когда виновных стали допрашивать в суде, кучер говорил: «Сам барин виноват, что нас искусил; бывало, начнет всем отказывать, что Бога нет, что на том свете ничего не будет, что там люди боятся загробного наказания, а мы забрали себе в голову, то значит все можно делать». Убийцы были сосланы в Сибирь.

Окончив гимназический курс, Н. Костомаров в августе 1833 года, выдержав вступительные экзамены, поступил на словесное отделение Харьковского университета, где и продолжал учебу до августа 1836 года. Трехлетний срок обучения был тогда обычным для трех факультетов: этико-политического, словесного и физико-математического. Студенты медицинского факультета учились четыре года. По новому университетскому уставу 1835 года в организацию учебного процесса российских университетов (Московского, Казанского и Харьковского) были внесены изменения. Университеты имели три факультета: философский, юридический и медицинский, причем философский факультет состоял из двух отделений: историко-филологического и физико-математического, со своими деканами. Как главный курс студентам первого отделения философского факультета читалась всеобщая история и как дополнительный – студентам юридического факультета.

В то время Костомаров квартировал в доме профессора латинского языка п. И. Сокальского, что и предопределило интерес студента к языкам, особенно латинскому, французскому, итальянскому. Николай Иванович про этот период говорит так: «В первый год моего пребывания в университете я усиленно занялся изучением языков, особенно латыни, которую очень полюбил, и вообще меня стал сильно привлекать античный мир. Воображение мое постоянно обращалось к Древней Греции и Древнему Риму, к их богам, героям, к их литературе и памятникам искусства. Однажды, читая „Илиаду“ в подлиннике с переводом Гнедича, мне вздумалось разыграть в лицах сцену, как Ахилл волочил тело Гектора вокруг стен Илиона. Я подговорил своих товарищей, мы нашли маленькую повозку, на которой няньки возили детей Сокальского. Я упросил привязать меня за ноги к этой повозке; один из моих товарищей стал играть роль Ахилла и потащил меня вниз по деревянной лестнице флигеля, где мы жили, а двое других, покрывши головы по-женски, стали на террасе того же флигеля и представляли Гекубу и Андромаху. Меня поволокли с лестницы по двору. Стук, гам и крик дошли до ушей Сокальского, который в то время сидел с гостями; он выбежал во двор, за ним его гости – профессора, бывшие у него. Увидавши неожиданную сцену, Сокальский сначала принял менторский суровый вид, но потом, узнав, в чем дело, не вытерпел и захохотал во весь голос. За ним начали смеяться и его гости. Меня развязали, и я заметил, что голова моя была в крови, как, впрочем, и следовало по „Илиаде“, где говорится: „…глава приамида, прежде прекрасная, бьется во прахе“. Когда после того мы пошли к нему обедать, он, глядя на меня, не мог удержаться от смеха и говорил своим домашним: „Вот угостили меня! Дали возможность повидать древность в лицах!“»

Совершенное овладение многими языками способствовало глубокому изучению молодым Костомаровым сочинений Ж.-Ж. Руссо, А. К. Сен-Симона, произведений В. Гюго, И. Гете, В. Скотта, В. Шекспира, Ф. Шиллера, трудов польских, чешских, словацких, болгарских, сербских прогрессивных писателей и общественных деятелей, сыгравших важную роль в формировании его мировоззрения. Восхищаясь сочинениями Ж.-Ж. Руссо, Н. И. Костомаров по поводу официально-охранительной точки зрения русского самодержавного общества замечал, что «зло не в Ж.-Ж. Руссо, а в невежественных читателях его произведений».

В жизни Харьковского университета 1835 год был знаменателен, по свидетельству Н. И. Костомарова, тем, что кафедры пополнились новыми молодыми преподавателями.

Именно в этот период происходит формирование научных интересов Н. И. Костомарова. Наибольшее влияние на формирование его как историка оказали лекции профессора всеобщей истории М. М. Лунина, отличавшиеся «богатством содержания и критическим направлением», под влиянием которых, по его замечанию, он с жаром предался чтению и изучению исторических книг. Обучаясь на третьем курсе (1835–1836) и проживая в доме известного украинского поэта П. П. Гулака-Артемовского, бывшего тогда профессором русской истории Харьковского университета, Н. И. Костомаров с большим увлечением занимался историей, много читал «всевозможных» исторических книг, так как хотел знать «судьбу всех народов». Литература в то время также интересовала его, но уже «с исторической точки ее значения». Вспоминая впоследствии годы учебы в университете, ученый отмечал, что «если бы не было в университете Лунина, то время, проведенное в звании студента, надобно было бы считать потерянным».

Окончив университет с оценкой «хорошо» по богословию, Н. И. Костомаров не смог получить степень кандидата и поэтому вынужден был повторно сдавать экзамены. В январе 1837 года он успешно выдержал экзамены по всем предметам и 8 декабря 1837-го Советом университета был утвержден в степени кандидата, о чем получил свидетельство 28 ноября 1838 года.

Этот период жизни Костомарова также отмечен изучением немецкой философии, получением первых навыков педагогической деятельности, когда он преподавал историю сыновьям профессора П. П. Гулака-Артемовского.

Н. И. Костомаров после окончания университета несколько месяцев служил юнкером в Кинбурнском драгунском полку в Острогожске. За этот срок он изучил великолепный комплекс документов местного архива и подготовил к печати историю Острогожского казачьего полка с приложением основных документов, мечтая «составить историю всей Слободской Украины» (рукопись эта сгинула в полиции после ареста). Никакие жизненные обстоятельства не могли заставить Николая Ивановича свернуть с уже намеченного пути, о котором сам он говорил так: «История сделалась для меня любимым до страсти предметом; я читал много всякого рода исторических книг, вдумывался в науку и пришел к такому вопросу: отчего это во всех историях толкуют о выдающихся государственных деятелях, иногда о законах и учреждениях, но как будто пренебрегают жизнью народной массы? Бедный мужик, земледелец-труженик, как будто не существует для истории; отчего история не говорит нам ничего о его быте, о его духовной жизни, о его чувствованиях, способе его радостей и печалей? Но с чего начать? Конечно, с изучения своего русского народа; а так как я жил тогда в Малороссии, то и начать с его малорусской ветви. Эта мысль обратила меня к чтению народных памятников».