В 70 верстах к юго-западу от Тифлиса, в Больнисском ущелье близ села Чатах, находилось месторождение железных руд, выходивших непосредственно на поверхность. Оно было известно и использовалось местными жителями задолго до появления здесь русских. Исследования показали, что чатахская руда отличалась высоким качеством: выход чугуна составлял в среднем около 40 %. Рядом протекало несколько горных речек, так что дешевой водной энергии имелось в изобилии. Время на Кавказе, как и везде в России, текло страшно медленно. Лишь в 1860 году началась промышленная разработка чатахской руды. Баденский консул в Одессе Эрнст Либ, используя казенную поддержку, устроил в Больнисском ущелье крупный по тем временам завод. Российское правительство выдало ему беспроцентную ссуду деньгами в сумме 20 тыс. руб. с уплатой через 8 лет. Однако средств не хватало, и заводчику повторно было выдано еще 60 тыс., но уже под 5 % годовых с уплатой также через 8 лет. Заводу был отведен казенный рудник протяженностью в 1 версту в посессионное владение и прирезана лесная дача площадью 2 тыс. десятин. Предприниматель вскоре умер, оставив на заводе по состоянию на 1 октября 1862 года 182 тыс. руб. долгу, в том числе казне на 88 тыс. и частным лицам на 94 тыс. Дело шло туго ввиду недостатка в капиталах и знающих, предприимчивых руководителях. Вскоре таковые нашлись в лице иностранца по фамилии Бернулли и действительного статского советника Витте.

Использовав новую правительственную ссуду (20 тыс. руб.), собственные средства, приданое жены и деньги, занятые на стороне, Ю. Ф. Витте запустил в ход чугунолитейный и железоделательный заводы с двумя доменными печами, двумя вагранками, кричными и самодувными горнами, а также 40 различными станками для отделки разнообразных металлических изделий. В 1867 году была произведена первая плавка и получено 21062 пуда чугунных изделий и 4854 пуда железа. Ввиду крайнего несовершенства путей сообщения и отсутствия системы организованного кредита капитал оборачивался крайне медленно, и к 1868 году на заводах висел долг казне в сумме 190 тыс. руб. и частным лицам в сумме 487 тыс. ³⁵«…Четахские заводы были причиной полнейшего разорения всего нашего семейства: из людей богатых мы сделались людьми с крайне ограниченными средствами» ³⁶.

После смерти отца вся семья перебралась в Одессу. Сестра Ольга, любимица отца с матерью, прожила не слишком долгую жизнь: заразилась туберкулезом от младшей сестры и умерла, не достигнув пятидесятилетнего возраста. Софья увлекалась литературой и выпустила в конце XIX и начале XX века несколько сборников художественной прозы ³⁷. Борис, как аттестует его С. Ю. Витте, «…ничего особенного собою не представлял». После окончания юридического факультета он работал по полученной специальности и закончил жизнь в должности председателя одесской судебной палаты ³⁸.

Из своих сестер и братьев Сергей Витте больше всего любил Александра, всю жизнь прослужившего офицером в Нижегородском драгунском полку. Александр Витте был человеком средних способностей, но прекрасной души; отличался непоказной храбростью, которая производила очень сильное впечатление на окружающих. Во время Русско-турецкой войны 1877–1878 годов он совершил несколько воинских подвигов. Сергей часто беседовал с ним о войне и о тех ощущениях, которые люди на ней испытывают. У С. Ю. Витте находили массу недостатков, но никто, не покривив душой, не осмеливался упрекнуть его в трусости.

После потери семейного состояния появились трудности с оплатой учебы братьев Витте в университете. Новороссийский университет не отличался студенческим многолюдством. По состоянию на 1 июня 1866 года в нем учился 151 человек (на физико-математическом — 57), вновь принято было 126. Отсев составил 47 человек, в том числе 11 были исключены за невзнос платы за обучение. Таким образом, на конец 1866/67 академического года численность студентов равнялась 230. Большая их часть происходила из малообеспеченных семей, отчего в университете весьма высоким было число студентов, обучавшихся бесплатно, — 119 человек. В отличие от других учебных заведений, например Московского университета, Новороссийский университет содержался главным образом за счет казны. Сборы за слушание лекций составляли в приходной части бюджета незначительную величину — менее 5 тыс. руб. из 117 тыс., или 4 % ³⁹.

Некоторые студенты являлись стипендиатами разных учреждений и частных лиц. На Новороссийский университет было выделено три стипендии Кавказским наместничеством, две из которых достались Борису и Сергею Витте. «Причем я должен заметить, что так как все мы со смертью отца остались без всяких средств, то я, а также и мой брат в течение всего времени пребывания нашего в университете получали от Кавказского наместничества 50 руб. в месяц стипендии, и таким образом я окончил курс университета» ⁴⁰. На самом деле стипендия составляла 250 руб. в год на человека и выделена была лишь после смерти отца Витте, то есть в 1868 году. Чтобы свести концы с концами, приходилось подрабатывать репетиторством. С. Ю. Витте давал уроки детям богатейших одесских негоциантов и банкиров Рафаловичей ⁴¹.

Внезапная потеря семейного состояния повлияла на выбор Сергеем жизненного пути после окончания университета.

Для получения звания кандидата он представил диссертацию под названием «О бесконечно малых величинах». Оригинальность своего сочинения С. Ю. Витте видел в том, что по предмету чистой математики там не было никаких формул, а «…одни только философские рассуждения» ⁴². Уже тогда, по-видимому, обнаружилось важное свойство его незаурядного ума — склонность к постановке и решению общих, принципиальных вопросов. Кропотливую черновую работу с фактами он не особенно жаловал, что и было подмечено проницательной экзаменационной комиссией. Первая большая научная работа его закончилась неудачей. Хотя С. Ю. Витте и считал себя лучшим студентом-математиком в университете, золотая медаль за выпускное кандидатское сочинение по математике была присуждена не ему. Медаль получил Адам Бельчанский за кандидатскую работу «Определение орбиты планет и комет по трем геоцентрическим наблюдениям» ⁴³.

По окончании курса С. Ю. Витте намеревался остаться в университете на кафедре чистой математики. Для продолжения научных занятий (написания магистерской диссертации) он избрал не математику, а астрономию. Но в конце концов, взвесив все за и против, С. Ю. Витте решил оставить мечты об ученой карьере.

Во-первых, кандидат математики переживал сердечное увлечение, что весьма осложняло продуктивную работу над диссертацией.

Во-вторых, защита магистерской диссертации и последующее получение доцентуры было трудным делом и не сулило особенно выгодных перспектив. Чтобы получить право преподавания в университете, в обязательном порядке требовалось представить факультету диссертацию и защитить ее в публичном диспуте, что было тогда совсем не просто. Университетские анналы пестрели фактами отклонения представленных диссертационных работ. К тому же труд преподавателей высшей школы оплачивался скудно. Так, заслуженный профессор Ф. К. Брун был приглашен Новороссийским университетом читать курс всеобщей истории в 1871/72 учебном году за годовое вознаграждение в сумме 2 тыс. руб. ⁴⁴Заниматься науками и преподаванием, не имея хорошей ренты, значило обречь себя на недостойное высокого дворянского звания стесненное материальное положение.

В-третьих, определенную роль сыграли протесты семьи, прежде всего матери и дяди, против намерений Сергея стать профессором — «это не дворянское дело». Дворянское дело — служить государю и отечеству. И кандидат математики С. Ю. Витте пошел по стопам деда и отца. 5 июля 1871 года он поступил на службу в канцелярию новороссийского и бессарабского генерал-губернатора. Там за два года, не особенно утруждая себя работой, С. Ю. Витте прошел путь от низшего чиновника до столоначальника. Еще раньше, а именно 1 мая 1870 года ⁴⁵, он вступил на более перспективное во всех отношениях поприще. С. Ю. Витте стал работать в управлении Одесской железной дороги.