С.М. Соловьева Кареев встретит на кафедре Московского университета буквально через год: ведь с 1869-го он – студент историко-филологического факультета. Кроме известного историка, лекции здесь читали В.И. Герье, Ф.И. Буслаев, Н.С. Тихонравов, М.С. Куторга, П.Д. Юркевич. На четвертом курсе Кареев окончательно определился с предметом своих научных изысканий: французское крестьянство эпохи позднего Средневековья и раннего Нового времени. Об этом его кандидатское сочинение и впоследствии магистерская диссертация. В 1873 году, после окончания университета, В. И. Герье предложил Николаю Ивановичу остаться на кафедре всеобщей истории для приготовления к профессорскому званию. Впереди были шесть лет напряженного учительского труда в 3-й Московской гимназии, который Н.И. Кареев совмещал с интенсивной подготовкой к магистерским экзаменам. И это далеко не все: неизменно посещая кружки и журфиксы, он становился «своим» в академической среде. Бывал в кружке М.М. Ковалевского, куда приходили И.И. Иванюков, А.И. Чупров, И.И. Янжул, С.А. Муромцев, В.А. Гольцев и др. Бывал и на журфиксах, которые устраивали В.И. Герье, Н.А. Попов и др.

В 1876 году Кареев успешно сдал магистерские экзамены, а в сентябре 1877-го выехал в Париж для работы над диссертацией. Огромную помощь в организации поездки оказал учитель – В.И. Герье. В Париже Кареев тесно сошелся со многими знаменитостями русской эмиграции: П.Л. Лавровым, Г.А. Лопатиным, П.А. Кропоткиным, М.П. Драгомановым. Познакомился и с известным французским историком Фюстелем де Куланжем. Через год, в июне 1878 года, историк вернулся в Москву. Архивный материал собран – оставалось лишь переписать набело диссертацию, что и было сделано в имении Аносово. Уже зимой вышла книга «Крестьяне и крестьянский вопрос во Франции в последней четверти XVIII века». А 21 марта 1879 года состоялась защита. Она прошла необычайно бурно: в ходе диспута о диссертации весьма резко высказывался сам Герье. Публика же была целиком и полностью на стороне диссертанта, сопровождая аплодисментами его смелые и убедительные аргументы. В защиту выступил и молодой доцент М.М. Ковалевский. Впоследствии, однако, именно В.И. Герье предложил уже магистру Карееву место экстраординарного профессора Варшавского университета.

С августа 1879 года Н.И. Кареев – в Польше. Варшавский период жизни оказался сложным: надо было преподавать в русскоязычном университете в польском городе с польскими студентами и множеством польских профессоров. И в такой ситуации Кареев сумел стать одним из любимейших преподавателей местного студенчества. Помимо чтения лекций по всему курсу всеобщей истории и активной публицистической деятельности он приступил к написанию докторской диссертации «Основные вопросы философии истории». В 1882–1883 годах Николай Иванович – вновь в Западной Европе, в Париже и Берлине, где большую часть времени проводит в библиотеках, заканчивая диссертацию. И еще одно важное событие произошло в варшавский период: в ноябре 1881 года Кареев женился на дочери московского преподавателя географии Софье Андреевне Линберг.

24 марта 1884 года состоялась защита диссертации в стенах Московского университета. В ноябре 1884-го была подана просьба на имя декана историко-филологического факультета Санкт-Петербургского университета В.И. Ламанского о занятии освободившейся должности профессора всеобщей истории. Университет медлил с приглашением, а Кареев спешил покинуть Варшаву. С января 1885 года он уже преподает в Александровском лицее Санкт-Петербурга, а через полгода, с 23 августа 1885-го, Кареев становится приват-доцентом столичного университета. С осени 1886 года он также читает лекции на Высших женских (Бестужевских) курсах. Экстраординарным профессором его назначили в конце 1886-го, а через четыре года, в 1890-м, – ординарным. Как и полагалось либеральному профессору, Н.И. Кареев включился в активную общественную деятельность: он участник Литературного фонда, Исторического общества, Отдела для содействия образованию, он посещает различные журфиксы и кружки. Кроме того, редактирует «Энциклопедический словарь» Брокгауза и Ефрона, работает в комитетах и обществах пособия студентов. А еще монографии, учебники, публицистические статьи… В 1899 году, после студенческих волнений, Н.И. Кареев был уволен из университета. Скорее всего, причиной послужила занятая им позиция: на Совете университета историк настаивал на смягчении полицейских мер по отношению к студентам, открыто выступил с требованием отставки ректора В.И. Сергеевича, не скрывал своего неприятия политики министра народного просвещения Н.П. Боголепова. Вплоть до начала 1906 года он оставался отлученным от университета, преподавая лишь в Александровском лицее, а с 1902-го – и в Политехническом институте.