Он решается послать запрос в Петербургскую академию наук: не найдётся ли в ней для него свободного места? Академия отвечала избранием Бэра вновь в свои члены, и, таким образом, окончательное переселение Бэра в Россию было решено. В конце 1834 года Бэр жил уже в Петербурге.
Из столицы учёный летом 1837 года совершил путешествие на Новую Землю, где до него не бывал ни один натуралист. Бэр был в восторге от обилия и новизны впечатлений, произведённых на него этою бедною и до свирепости суровою страной.
Это путешествие повлекло за собою стремление к новым подобным же предприятиям. В 1839 году Бэр совершил со старшим сыном Карлом поездку для исследования островов Финского залива, а в 1840 году вместе с будущим знаменитым путешественником Миддендорфом посетил Кольский полуостров. Таким образом, Бэр всё более и более втягивался в изучение географии, и с 1840 года начал издавать, вместе с Гельмерсеном, особый журнал при академии, под названием «Материалы к познанию Российской империи».
Путешествия его, однако, были на время прерваны новыми обязанностями, возложенными на него. С 1841 года учёный был назначен ординарным профессором сравнительной анатомии и физиологии в Медико-хирургической академии. Но должность профессора, хотя и значительно увеличивала содержание, настолько тяготила его, не оставляя в то же время никаких удобств для самостоятельных зоологических работ, что Бэр в 1852 году сложил с себя это звание.
Несмотря на увлечение географическими работами, Бэра всё ещё не покидала надежда сделать ещё что-нибудь по истории развития животных. Летом 1845 и 1846 годов он ездил за границу, на южные моря, и работал над анатомией и эмбриологией низших животных в Генуе, Венеции и Триесте.
Со смертью академика Загорского Бэр был переведён на кафедру сравнительной анатомии и физиологии и должен был взять на себя заведование анатомическим музеем академии. Собранный в Триесте эмбриологический материал так и остался необработанным; последняя попытка Бэра вернуться к эмбриологии осталась без результата.
А вот заведование анатомическим музеем вновь пробудило в нем влечение к антропологии, которой он сильно интересовался еще в Кёнигсберге, и особенно к краниологии (учение о человеческом черепе). В 1851 году Бэр представил Академии наук большую статью «О человеке», предназначенную для «Русской фауны» Семашко и переведенную на русский язык.
С 1851 года начинается ряд путешествий Бэра в разные места России, предпринятых с практическими целями и вовлёкших Бэра, кроме географических и этнографических исследований, в область прикладной зоологии. Он провёл экспедиции на Чудское озеро и берега Балтийского моря, на Волгу и Каспийское море. Его «Каспийские исследования» в восьми частях, весьма богаты научными результатами. В этом сочинении Бэра более всего интересна восьмая часть — «О всеобщем законе образования речных русел». Речь идет о замечательном явлении, получившем впоследствии название закона Бэра, под этим именем оно вошло в учебники географии. Бэр при своих многочисленных путешествиях не мог не заметить, что у русских рек правый берег (если смотреть по направлению течения реки) обыкновенно высок, а левый низок. Думая о причине этого явления, он пришёл к следующей теории. Если текущая вода направляется приблизительно параллельно меридиану, от экватора к полюсу, то вследствие вращения земного шара от запада к востоку вода, принося с собою большую скорость вращения, чем в северных широтах, будет с особенной силой напирать на восточный, то есть правый берег, который поэтому и будет более крутым и высоким, чем левый.
Весною 1857 года учёный возвратился в Петербург. Он чувствовал себя уже слишком старым для долгих и утомительных странствований. Теперь Бэр отдался преимущественно антропологии. Он привёл в порядок и обогатил коллекцию человеческих черепов в анатомическом музее академии, постепенно превращая его в антропологический музей. В 1858 году он ездил летом в Германию, принял участие в съезде естествоиспытателей и врачей в Карлсруэ и занимался краниологическими исследованиями в базельском музее.
Кроме антропологии, Бэр не переставал, однако, интересоваться и другими отраслями естествознания, стараясь содействовать их развитию и распространению в России. Так, он принимал деятельное участие в создании и организации Русского энтомологического общества и стал его первым президентом.
Хотя Бэр и пользовался общим уважением и не имел недостатка в дружеском обществе, но жизнь в Петербурге была ему не особенно по душе. Поэтому он и искал возможности оставить Петербург и уехать куда-нибудь доживать на покое остаток своей жизни, отдаваясь исключительно своим научным склонностям, без всяких официальных обязанностей. В 1862 году он вышел в отставку, при этом был избран почётным членом академии.