Перед экспедицией была поставлена задача провести широкие географические исследования Арало-Каспийской низменности, в программу которых входило также изучение Аральского моря и бассейна Амударьи. Для проведения этих работ нужен был хорошо образованный и энергичный моряк. Таким человеком и был Александр Можайский. Он прекрасно справился с возложенной на него задачей. «За отличную усердную службу и труды, оказанные во время экспедиции в Хиву» он был награждён орденом Владимира 4-й степени. Кстати, это была не первая награда. До этого он уже был отмечен орденом Станислава 2-й степени, бронзовой медалью на Андреевской ленте и двумя бриллиантовыми перстнями.
В 1860 г. А. Ф. Можайский был направлен в Финляндию, в расположенный на берегу Ботнического залива город Бьернеборг, как тогда на шведский манер назывался финский город Пори. Там находились судостроительные верфи, на которых строился винтовой клипер «Всадник». Можайский как опытный морской офицер, хорошо знающий паромашинные силовые установки, должен был руководить монтажом паровой машины и всех механизмов судна. Эта работа, безупречно выполненная Можайским, оказалась для него хорошей школой. Теперь его знания паровых двигателей, ограниченные раньше преимущественно вопросами эксплуатации, значительно расширились. Он более основательно изучил их конструкцию, овладел техникой сборки, наладки и регулирования. Назначенный командиром «Всадника», он был не только первоклассным офицером, но прекрасным инженером, специалистом в области паровых машин.
В 1862 г. Можайский был временно уволен из флота. Он получил длительный отпуск в связи с сокращением личного состава флота, которое вынуждена была проводить Россия после поражения в Крымской войне. Можайский был назначен «кандидатом при мировом посреднике 2 участка Грязовецкого уезда Вологодской губернии» обязанностью которого являлось введение «Положения от февраля 1861 г.». В Вологодской губернии Александр Федорович Можайский женился на молодой помещице Любови Дмитриевне Кузьминой, которая родила сыновей: в 1863 г. — Александра и в 1865 г. — Николая. После рождения второго сына Любовь Дмитриевна умерла.
В этот период Можайский увлёкся идеей создания самолёта. Раньше он много наблюдал полёты птиц, видел, как они разбегаются, взлетают, парят, как планируют и садятся. Изучив специальную литературу о полёте птиц, Можайский приступил к созданию первого своего летательного аппарата. Это был обыкновенный воздушный змей, какие запускают ребята. Только размеры змея были иные. Можайский всё увеличивал их и в конце концов изготовил змей, на котором ему дважды удалось подняться и летать. Из этих полётов Можайский сделал вывод о больших возможностях неподвижного (не машущего) крыла в качестве источника подъёмной силы. Этот вывод имел далеко идущие последствия и позволил перейти к следующему этапу, к разработке схемы летательного аппарата тяжелее воздуха с воздушным винтом, то есть самолёта.
В те годы в разных странах, в том числе и в России, обсуждался вопрос о возможности управляемых полётов на аппаратах тяжелее воздуха; многие крупные учёные считали это нереальным — слишком смелой была эта идея. Но вот в 1870 г. знаменитый русский учёный академик М. А. Рыкачев провёл опыты по определению подъёмной силы винта, вращаемого в воздухе. Результаты были опубликованы в «Морском сборнике» в 1871 г. Из этих опытов следовало, что можно поддерживать в воздухе машину с помощью винта, приводимого во вращение этой же машиной. Можайский решительно делает свой выбор: будущее авиации принадлежит самолёту. Надо его создавать.
В 1873 г. он приступил к изготовлению моделей. В приложении книге Б. Д. Потёмкина «Военная аэронавтика» помещён эскиз из этих моделей. Из эскиза видно, что модель представляла собой своеобразный воздушный змей. На корпусе (фюзеляже), представляющем собой лодочку, устанавливалась штанга, к которой крепилась несущая плоскость в виде двух прямоугольных крыльев. Модель имела три воздушных винта (пропеллера). Корпус монтировался на тележке (шасси). К корме его крепились вертикальный и горизонтальный рули. Двигателем служила часовая пружина. Нетрудно понять, что в этой модели были уже ясно видны черты будущего самолёта со всеми пятью его основными частями (несушая поверхность, создающая подъёмную силу; фюзеляж; шасси; двигатель; оперение). Главное же заключалось в принципиальном — теперь уже и в практическом решении — двух главных задач проблемы самолёта: создания подъёмной силы и придания поступательного движения.
Свою модель Можайский продемонстрировал в 1876 г. собравшимся в здании манежа. Впечатление от этой демонстрации было огромное. «Кронштадтский вестник» от 12 января 1877 г. поместил статью о результатах опытов Можайского над летающими моделями самолётов.