В 1831 году Турчанинов едет в юго-восточную часть Забайкалья. В 1832-м — в горную Даурию между Акшей и Кяхтой, с двукратным посещением горы Чокондо. На следующий год он снова направляется в восточную Даурию, в треугольник, образуемый реками Шилкой и Аргунь. Он путешествует на лодке по реке Шилка до реки Аргунь, по Амуру до бывшего Албазина. Дальше вверх до Аргунского острога и делает несколько боковых экскурсий во внутреннюю часть треугольника. В 1834 году предпринимает очень трудное путешествие по реке Ангаре до Балаганска, по Якутскому тракту до 100 вёрст от Иркутска, затем переходит через хребет к устью Бугульдеихи. Отсюда, пройдя через «Косую степь», Турчанинов выходит к заливу оз. Байкал против острова Ольхон, проходит по этому суровому острову, пересекает Байкал в средней его части, высаживается в Баргузинском заливе на восточном берегу Байкала, поднимается по реке Баргузин почти до её истоков.

Преодолев труднопроходимые горы Ковалку и перевал Уколкит, он выходит на север в с. Верхне–Ангарское в долине среднего течения реки Верхняя Ангара, впадающей с северо-востока в Байкал. Из с. Верхне–Ангарского неутомимый исследователь на лодке спускается вниз по мощной реке Верхняя Ангара к северным берегам Байкала и вдоль его восточного берега возвращается в Баргузин. В этом же году по поручению Турчанинова молодой забайкальский казак Илья Кузнецов собирает для него растения по рекам Иркут, Ока и их притокам — Тасса, Монда и др.

Предположительно с осени 1835 года Н.С. Турчанинов снова вернулся на государственную службу советником Главного управления при генерал–губернаторе и начальником отделения губернского правления. Этому предшествовала небольшая экскурсия по Байкалу с гимназистом И.П. Кириловым. Мальчик, безусловно, был одарённым ботаником, он обладал хорошим глазом на растения. Это Турчанинов отметил прежде всего. Гимназист не боялся трудностей путешествий и уже обладал навыками как полевой жизни, так и сбора материала. Его также захватила страсть коллекционировать растения и искать среди них неизвестные. К тому же он был потомком известного российского географа И.И. Кирилова (1689–1737).

Турчанинов понимал, что новая служба не даст возможности ездить в экспедиции по неизвестным землям. Служебные обязанности отнимали время, прежде целиком принадлежавшее науке. Поэтому он с радостью учил молодого человека премудростям ботаники, латыни и хотел, чтоб Кирилов был его учеником.

После окончания Кириловым гимназического курса, в 1836 году Турчанинов из собственных средств снарядил экспедицию в Саяны, предоставив Кирилову возможность провести первое самостоятельное исследование. На следующий год он сам отвёз юношу в Петербург для поступления в университет. Там он передал его Г.П. Бонгарду, который возглавлял кафедру ботаники. Там же, в Петербурге, Турчанинов познакомил молодого человека с Г.С. Карелиным. Последний был почти в два раза старше Кирилова, но между ними сразу установилась внутренняя душевная связь, какой не получалось с Турчаниновым.

Много позднее, после полевого сезона 1841 года, молодой студент с досадой пишет Карелину из Красноярска: «Я живу здесь у первого моего учителя ботаники, здешнего вице–губернатора Турчанинова; человек он почтенный, очень умный и учёный, страстный ботаник, но человек холодный, не склонный к короткой дружбе. В беседах с ним нахожу я много пищи для страсти моей к науке. <…> Он добряк, хотя эгоист немножко; растениями нашими занимается усердно и часто похваливает». Однако этот «эгоист немножко», никогда и никоим образом не претендовал на авторство многочисленных новых растений, выявленных Кириловым из материалов, собранных совместно с Карелиным. Но самое главное, совместная работа с Турчаниновым позволила молодому специалисту превосходно ориентироваться во всех известных сибирских растениях.

Новая должность позволила Турчанинову расширить свои научные занятия. И хотя путешествовал он меньше, но у него появились средства для увеличения личного гербария (в том числе за счет покупки частных собраний), а также для создания собственного ботанического сада. В Красноярске Николай Степанович прожил более 7 лет. Этот город был на целую тысячу вёрст ближе к столицам, чем Иркутск.

К тому времени как Н.С. Турчанинов прибыл в Красноярск, здесь произошли большие изменения, связанные прежде всего с «золотой лихорадкой», охватившей Восточную Сибирь. Золотопромышленники, купцы, крупные чиновники переселялись в каменные или обшитые тесом дома и выкрашенные деревянные особняки. В городе появились деревянные тротуары, уличные фонари, будки ночных сторожей. Набережную Енисея засадили деревьями. По проекту декабриста Г.С. Батенькова было построено здание общественного собрания с залом для танцев, буфетом и комнатой для карточных игр.

Поразительно, но до сих пор в Красноярске сохранился дом, в котором жил Н.С. Турчанинов. Этот дом, расположенный недалеко от железнодорожного вокзала, был «на шести сажнях, в коем пять комнат с коридором и прихожей, печей голландских пять, наверху мезонин холодный. На дворе кухня одна, амбаров два, сарай, конюшня и завозня». Сейчас это центр города — улица Мира, 120. Но как это ни печально, ни мемориальной доски, ни каких-либо сведений в местном краеведческом музее о службе выдающегося учёного в Красноярске нет. А между тем жизнь на новом месте у Турчанинова протекала живо и интересно.

В то время в Красноярск, на место постоянного жительства, возвращаются с каторги декабристы, и Н.С. Турчанинов попадает в среду весьма образованных людей. Он был хорошо знаком с «властителем дум» красноярской интеллигенции, декабристом В.Л. Давыдовым. Этот герой Бородинского сражения был двоюродным братом поэта и бретера Дениса Давыдова, был сослан на каторгу за участие в Южном обществе. Обладая литературным дарованием, Давыдов писал стихи, в которых преобладали политические и гражданские темы. Желая дать своим детям хорошее образование, Василий Львович и Александра Ивановна Давыдовы создали домашнюю школу, где учились их дети и дети близких друзей. Благородный и принципиальный Давыдов ненавидел корыстолюбие, ханжество, чванство во всех его проявлениях. Когда семья Давыдовых стала нуждаться в более просторном жилье, они некоторое время жили в доме Турчанинова.

По части своих научных устремлений у Турчанинова тоже нашлись коллеги. Здесь он познакомился с X.Ф. Лессингом, врачом и ботаником, прожившим в Красноярске 15 лет и собравшим хороший гербарий. Кроме того, Турчанинов не только сам неоднократно бывал в Петербурге и Москве, но и принимал у себя заезжих путешественников.

В Красноярске Турчанинов интенсивно обрабатывает свой гербарный материал и публикует описания новых видов и родов растений, начиная с сибирских, а затем и зарубежных. Публикует результаты обработки коллекции, собранной в Китае врачом русской миссии в Пекине Порфирием Евдокимовичем Кириловым. В 1838 году в «Бюллетене МОИП» появляется обширный каталог растений байкальской и даурской флоры, а в 1842 начинается публикация основного труда «Flora baicalensi–dahurica». За три года было опубликовано 7 отдельных разделов работы, которые в 1845 году были изданы уже целой книгой. Появились переводы отдельных частей этой работы за границей. С появлением печатных работ известность Турчанинова как учёного значительно возросла.

С 1841 года Турчанинов приступает к изучению природы и экономики Северной части Енисейской губернии на основании опросных записок. Обобщённые им сведения были опубликованы Академией наук и послужили поводом для организации в 1843 году знаменитой Таймырской экспедиции Академии наук, в которой приняли участие выдающиеся естествоиспытатели А.Ф. Миддендорф, Ф.Ф. Брандт и другие.

В 1842 году Турчанинов обработал ботанические коллекции П.А. Чихачёва с Восточного Алтая. Эта работа была выполнена им чрезвычайно быстро, всего за несколько дней, что говорит о колоссальном опыте учёного и великолепном знании им как сибирских, так и алтайских растений.

И наконец, Турчанинов принял самое непосредственное участие в обработке гербария, привезённого Г.С. Карелиным и И.П. Кириловым из экспедиций по Алтаю и Джунгарии. Да и трудно предположить, что совсем молодой человек, каким в то время был Кирилов, и в общем-то уже не молодой офицер Карелин, не имеющий серьёзной ботанической подготовки, смогли без его помощи определить все собранные растения. До них в тех местах были немногие.

Турчанинов готовил Кирилова себе в преемники, он очень много вложил в этого юношу, а самое главное, научил его самостоятельно работать. Но судьба распорядилась иначе. И.П. Кирилов умер от пищевого отравления осенью 1842 года в городе Арзамасе, когда возвращался из экспедиции. При этом пропали письма Карелина и экспедиционные материалы.

Турчанинов тяжело переживал эту потерю. В письме А.А. Бунге он писал: «Преждевременная смерть Кирилова поразила ещё и в том отношении, что я ему думал передать после моей смерти всю мою ботаническую коллекцию, но Богу угодно было пережить мне этого молодого человека, бывшего почти вдвое моложе меня». По сути, эта смерть подвела черту и ботанической работе Г.С. Карелина. Турчанинов с сожалением писал, что «после смерти Кирилова Карелин отошёл от ботаники, перестал посылать растения».

Служебная карьера Турчанинова в Сибири закончилась в 1845 году вскоре после отставки графа Канкрина. Впрочем, возможно, это был только повод уйти с государственной службы, поскольку известно, что годом раньше, в мае 1844 года, в письмах к Бунге он говорит, что продал дом и собирается перебраться из Сибири на юг, возможно, в Таганрог.

В другом письме он пишет, что подал прошение об отставке, но в связи с отставкой губернатора вынужден исполнять его службу. Здесь же он сетует, что это отвлекает его от академических занятий ботаникой. Однако, как справедливо считают Р.В. Камелин и А.К.Сытин, причина неожиданного ухода с государственной службы состояла не только в том, что Турчанинов предполагал всецело посвятить своё время науке. Решающее значение имело и то, что 1 мая 1844 года оставил свой государственный пост министр финансов Е.Ф. Канкрин. А через месяц (с такой скоростью доставлялась почта в Красноярск) прошение об отставке подал и Турчанинов. Назначенная пенсия составила 400 рублей серебром в год, что было весьма немного для должности, которую Турчанинов занимал. Скорее всего, до царского двора дошли вести о его дружбе с декабристом Давыдовым.

После отставки Турчанинов обосновывается в небольшом провинциальном Таганроге — там, где шумит теплое Азовское море, где растут арбузы и цветут вишневые сады. Он уже не нуждался в помощи больших гербариев, поскольку его личная коллекция была столь огромна, что сделала бы честь любому столичному ботаническому учреждению. Работа по определению сибирского гербария продвигалась успешно. Турчанинов готовился к путешествиям в тёплые страны, неизведанные земли. Он был свободен, обладал огромными знаниями и был уже известен в ботанических кругах всего мира. Несчастный случай не позволил осуществиться этим планам: Турчанинов упал с гербарной лестницы и сломал ногу. Лечение было крайне неудачным, и он до конца своих дней передвигался только на костылях.

В Таганроге он восстановил знакомство с другом детства, а сейчас профессором и заведующим кафедрой ботаники В. М. Черняевым, который приглашал Турчанинова поселиться в Харькове, где у Турчанинова были родственники. Черняев убедил Турчанинова передать его богатейший гербарий Харьковскому университету.

Б. М. Козо–Полянский полагает, что Турчанинов руководствовался желанием спокойно заниматься приведением в порядок гербария и его научной обработкой; отсутствием собственных средств на размещение и содержание огромной коллекции, на её пополнение за счёт новых приобретений; опасением за судьбу гербария после своей смерти. Все эти причины представляются вполне резонными. Вполне вероятно, что Турчанинов, передавая в дар университету единственную и бесценную для него собственность, желал тем самым способствовать славе воспитавшего его университета, а для себя — оставить добрую память в потомстве. При этом, следуя всепоглощающей страсти коллекционера, он надеялся увеличивать гербарий не только на свои скромные средства, но и с помощью значительно превосходящих возможностей университета.

Скорее же всего Турчанинов физически не мог больше ни путешествовать, ни свободно передвигаться по своим коллекциям. В итоге учёный передаёт университету и свой богатейший гербарий, и не менее богатую библиотеку. Взамен он хотел иметь небольшое пособие, чтобы пополнять гербарные фонды университета. Совет университета принял дар Турчанинова, пообещав выплачивать ему ежегодное пособие в сумме 500 рублей. По-видимому, в ответ на ходатайство В.М. Черняева, было предоставлено небольшое помещение для жилья, расположенное вблизи Харьковского университета. Турчанинов был избран его почётным членом.

Однако свои обязательства перед Турчаниновым университет не выполнил. Пособие уменьшили до 300 рублей, да и выплачивать его начали только в 1853 году, то есть через 6 лет после передачи гербария и библиотеки в собственность университета. Когда же Турчанинов стал настаивать на выплате пособия в сумме 500 рублей (в соответствии с договором), то Совет университета большинством голосов отклонил его законное требование. Вскоре он лишился и предоставленной ему квартиры.

Объективные причины не выполнять свои обязательства у администрации университета, конечно же, нашлись. Турчанинову ничего не оставалось, как только продолжать служить своему гербарию, без которого его жизнь теряла всякий смысл и значение. На свою небольшую пенсию он продолжает покупать неопределённые гербарии и описывать из них новые виды, пополняя огромную коллекцию теперь уже Харьковского университета.

По непонятным причинам он потерял все свои сбережения и скоро стал очень нуждаться в деньгах. По одним сведениям, он лишился своего состояния во время крымской войны. По другим — его обманули бессовестные люди, не вернувшие деньги, взятые у него в долг. По косвенным сведениям, это был П.Е. Кирилов, служивший врачом и натуралистом в китайской миссии. Этот человек, как считал сам Турчанинов, старался не платить свои долги и мог обмануть Турчанинова, зная его страсть к гербарию.