Воротился Бородин в Россию в ноябре 1862 года, и 8 декабря уже избран был адъюнкт-профессором на кафедру химии Медико-хирургической академии. Лекции его и, независимо от научного их достоинства, отношение его к студентам отличались такими качествами, что навеки остались в памяти у всех его слушателей. Бывший его ученик, а впоследствии товарищ и друг, профессор А. П. Доброславин сообщает о том много интересных подробностей в записке своей, посвященной памяти бесконечно дорогого ему Бородина.
«Как теперь помню я ту минуту, — пишет он, — когда мы, студенты 2-го курса, увидели его в первый раз в аудитории. Молодой человек, красивый, в летнем статском пальто, нескорою, несколько валкою походкой пробирался в кабинет к профессору Зинину. Вскоре разнеслось по аудитории, что это Бородин, только что вернувшийся из-за границы. Все студенты, близко стоявшие к Зинину, часто слыхали от него о скором возвращении любимого его ученика. У такой экспансивной натуры, как Зинин, отношения ко всем слушателям его были вообще самые сердечные, но к Бородину они были еще сердечнее: он считал его своим духовным сыном, да и Бородин со своей стороны считал его своим вторым отцом. Не было научной мысли, не было приема в работе, о которых не поговорили бы и не посоветовались бы взаимно учитель с учеником. Студенты отнеслись с большим интересом к лекциям Бородина, читавшего органическую химию. Новая лаборатория, на углу Александровского моста, открытая в 1863 году, поступила под ведение Бородина, как директора, так как Зинин, настоящий директор ее, получил около этого времени квартиру при лаборатории в Академии наук. Сам он, только женившись на Кат. Серг. Протопоповой (в апреле 1863 года), переехал в новое здание, первый подъезд с Невы, и прожил тут до самой своей смерти. Лаборатория помещалась в одном коридоре с его квартирой, и Бородин работал там без устали вместе со студентами чуть не целые дни напролет. Но во время своих работ Бородин всегда сохранял свое свежее и благодушное расположение духа в отношении к ученикам и соработникам своим и всегда готов был прерывать всякую свою собственную работу, без нетерпения, без раздражения, чтоб отвечать на предлагаемые вопросы. Занимающиеся в лаборатории чувствовали себя точно в семейном кружке. Но он не забывал и музыки. Работая, он почти всегда что-то про себя мурлыкал, охотно говорил и спорил с работавшими о музыкальных новостях, направлениях, технике музыкальных произведений, и, наконец, мы часто слышали, когда он бывал у себя в квартире, как по лабораторному коридору неслись стройные звуки профессорского фортепиано. Благодушие и доброжелательство Бородина поражали всех: каждый мог итти к нему со своими идеями, вопросами, соображениями, не боясь отказа, высокомерного приема, пренебрежения. Очень редкие вспышки раздражения вызывались у Бородина разве только небрежным или неряшливым отношением занимающихся в лаборатории к делу. „Ах, батенька, — слышалось тогда, — что вы делаете! Ведь этак вы перепортите все инструменты в шкафах! Разве можно здесь, в чистой лаборатории, напускать всякой дряни в воздух! Идите в черную“. Близкое, задушевное отношение Бородина к ученикам не ограничивалось только лабораторией. Почти все работавшие там были приняты в его семью, как самые близкие знакомые, часто завтракали, обедали и даже ужинали у него, когда оставались долго в лаборатории. Квартира Бородина была, можно сказать, постоянно настежь для всей молодежи. По выходе учеников его из академии он постоянно хлопотал об участи каждого, употреблял все усилия, чтоб доставить ему помощь. Часто про него говаривали, что нельзя было встретить его в обществе без того, чтоб он о ком-либо не просил, кого-либо не устраивал…»
Самостоятельная деятельность Бородина началась еще с 1857 года, почти тотчас по окончании курса в Медико-хирургической академии. Она, главным образом, была направлена на разработку главных специальных вопросов по части органической химии, путем лабораторных исследований. Множество больших и малых его исследований этого рода напечатано в русских и иностранных химических изданиях, а именно: в «Журнале физико-химического общества», в «Comptesrendus» Парижской Академии наук, в «Annalen der Chemie» Либиха, в «Zeitschrift für Chemie» Эрленмейера и др. Бывший прежде ученик Бородина, а теперь преемник его по кафедре химии в Медицинской академии адъюнкт-профессор А. П. Дианин говорит про ученые труды своего дорогого учителя следующее:
«В числе восьми мемуаров, напечатанных Бородиным до 1862 года, особенно выдается по своему высокому интересу исследование над фтористым бензолом. По возвращении в Россию особенно ценным вкладом в науку, доставившим Бородину еще большую известность в ученом мире как талантливому химику, была его работа над уплотнением альдегидов. Наконец, в самое последнее время его деятельность была посвящена разработке методов исследования процесса, в высокой степени важного для физиологии и медицины вообще — процесса азотистого метаморфоза. Результатом этой деятельности явились удобный в экспериментальном отношении азометрический прибор и доведенный до крайней степени простоты метод определения азота в органических веществах, имеющих отношение для обмена. Большое число исследований, производившихся в лабораториях других академических кафедр, сделано при посредстве методов Бородина, и изложение их вошло в учебники. Покойный профессор оставил после себя, не считая мелких статей и заметок, 20 химических мемуаров» («Новое время», 19 февраля 1887 года).
Ученые труды Бородина доставили ему почетную и солидную известность в научном мире, в России и за границей. В день похорон Бородина знаменитый русский врач С. П. Боткин, одно из светил русской науки, в письме на имя Физико-химического общества называл Бородина «первоклассным химиком». Другой знаменитый наш ученый, также светило современной науки, профессор химии Д. И. Менделеев равномерно всегда признавал в прежнем своем товарище и приятеле Бородине «первоклассного химика, которому многим обязана химия», и высказывал мысль многих лучших, значительнейших современных химиков, что Бородин стоял бы еще выше по химии, принес бы еще более пользы науке, если бы музыка не отвлекала его слишком много от химии. Он рассказывает, что во время своих путешествий он при встрече с химиками всегда тотчас слышал вопрос: «Ну, что сделал нового ваш Бородин?»
Кроме Медико-хирургической (ныне Военно-медицинской) академии, Бородин читал также с 1863 года лекции химии в Лесной академии, с 1872 — на Женских медицинских курсах. Относительно этого последнего учреждения его заслуги были особенно значительны. Вместе с П. Н. Тарновской и профессором M. M. Рудневым он был один из основателей курсов, и потом, в продолжение целых 15 лет, он никогда не переставал из всех сил хлопотать и заботиться о их поддержке, процветании и о всяческой помощи им. Отношение его к студенткам было такое же сердечное, горячее и беспредельно доброжелательное, как к студентам академии. Всего лучше рисует эти отношения надпись вокруг серебряного венка, принесенного женщинами-врачами ко гробу и на могилу Бородина. Тут было сказано: «Основателю, охранителю, поборнику Женских врачебных курсов, опоре и другу учащихся, — от женщин-врачей десяти курсов, 1872–1887».