Lomonosov quay trở lại Nga vào tháng 6 năm 1741 sau 4 năm 8 tháng ở nước ngoài. Một năm sau đó, ông nhận được vị trí phụ tá ở khoa vật lý Học viện Khoa học Nga. Tháng 5 năm 1743, Lomonosov bị buộc tội, bị bắt giữ, rồi chịu quản thúc tại gia trong suốt 8 tháng vì dường như ông đã xúc phạm nhiều người có liên quan tới Học viện. Ông được tha thứ và thả ra vào tháng 1 năm 1744, sau khi tạ lỗi tất cả những người liên quan.

Lomonosov trở thành thành viên toàn diện của Học viện, và nhận học hàm Giáo sư hóa học năm 1745. Ông xây dựng phòng thí nghiệm đầu tiên của Học viện. Nóng lòng muốn cải thiện nền giáo dục Nga, vào năm 1755, Lomonosov cùng với nhà bảo trợ- bá tước Ivan Shuvalov, thành lập Đại học Moskva.

Năm 1760, ông được chọn làm Thành viên Ngoại quốc của Học viện Khoa học Hoàng gia Thụy Điển. Đến năm 1764, ông trở thành Thành viên Ngoại quốc của Học viện Khoa học của Bologna. Cùng năm đó ông được bổ nhiệm vào vị trí Hội viên hội đồng quốc gia, nằm ở cấp bậc V trong Bảng cấp bậc của Đế chế Nga.