В Берлине состоялась встреча с известным немецким артиллеристом Нейманом. В Пруссии нужно было приобрести для Волкова поля новый образец баллистического маятника. Нейман ознакомил Маиевского с конструктивными особенностями этого прибора, помог войти в соглашение с одной из берлинских фирм, которой Маиевский и заказал необходимую ему аппаратуру. В дальнейшем между Нейманом и Маиевским продолжалась деловая переписка, посвящённая главным образом изготовлению, доставке в Петербург и установке на Волковом поле заказанных в Берлине приборов. В Пруссии Маиевский ознакомился также с применявшимся там способом обработки результатов стрельбы и с графическим методом составления таблиц.
Н.В. Маиевский систематически информировал Артиллерийское отделение о состоянии артиллерийской науки и техники, а также артиллерийского образования в государствах, которые он посетил за это время. Некоторые из этих сообщений были опубликованы на страницах «Артиллерийского журнала» в виде отчётов: «Об образовании артиллеристов на службе во Франции» (1857), «Об опытах, произведённых в Бельгии стрельбой из нарезных чугунных орудий продолговатыми снарядами» (1858), «О стрельбе эксцентрическими снарядами из длинных орудий в прусской артиллерии» (1857). 23 декабря 1857 года Маиевский возвратился в Петербург.
В 1858—1859 годах Маиевский создал баллистическую лабораторию Волкова поля и на протяжении всей своей дальнейшей жизни уделял ей особое внимание, постоянно заботясь о её пополнении новейшей аппаратурой. Поэтому понятно его несколько ревнивое отношение к своему детищу: в помещение, отведённое для приборов, Маиевский никому не разрешал входить в своё отсутствие.
Эксперименты в Меце 1856—1858 годов, проводившиеся французскими артиллеристами, не решили поставленной перед ними задачи по установлению нового закона сопротивления воздуха, который должен был заменить двучленную формулу Дидиона, опровергнутую опытом Крымской войны. Эта задача была решена в России Н.В. Маиевским. С самого начала своей научной деятельности он стремился к тому, чтобы проводимые им теоретические исследования были основаны на опыте. Теория удовлетворяла его только в том случае, если она была подтверждена практикой и отвечала насущным запросам артиллерии: «Если формулы не выражают истинных результатов стрельбы, то в таком случае баллистика входит в область наук отвлечённых и не может приносить никакой пользы артиллерийской службе».
В 1858 году Маиевский поставил опыты с целью установления нового закона сопротивления воздуха движению сферических снарядов. Избранный им метод отличался оригинальностью и основывался на решении обратной задачи внешней баллистики, т.е. на экспериментальном определении траектории центра массы снаряда и последующем двойном дифференцировании уравнения траектории. В результате был получен закон, удовлетворительно отражавший действительность до скорости, приблизительно равной 400 м/сек. Описание этих опытов Маиевский опубликовал в 1858 году в «Бюллетене Петербургской Академии наук», а на следующий год поместил в одном из номеров «Артиллерийского журнала».
В 1859 году он обработал имевшийся в распоряжении материал опытов в Меце 1856—1858 годов. Итогом этой работы был новый метод выражения закона посредством ряда простых формул для каждой из зон, на которые разбивался весь изучаемый интервал скоростей. Эти формулы, впервые опубликованные в литографированном «Курсе внешней баллистики» Маиевского, открыли новую страницу в развитии внешней баллистики и на протяжении долгих лет широко использовались при решении основных проблем этой области артиллерийской науки.
Плодотворная деятельность Маиевского в Артиллерийском отделении, выдающиеся исследования и блестяще поставленные опыты высоко подняли его авторитет в артиллерийских кругах. За отличия по службе 10 января 1858 года он был произведён в капитаны и назначен действительным членом Артиллерийского отделения Военно-учёного комитета, а 30 августа того же года стал полковником (лица, окончившие офицерские классы Михайловского артиллерийского училища, получали право на внеочередное производство в следующий чин).
Летние месяцы 1858 года Маиевский провёл на Волковом поле: опыты по установлению нового закона сопротивления воздуха движению сферических снарядов требовали его постоянного присутствия. Но и это не было основной причиной, заставлявшей Маиевского задерживаться на полигоне ежедневно до позднего вечера.
Уже во время Крымской кампании 1853—1856 годов армии воюющих государств имели на вооружении нарезные ружья — штуцера. Эффективность действия стрелкового оружия значительно возросла. Встал вопрос об увеличении дальности стрельбы артиллерии, прежде всего полевой, что также могло быть осуществлено применением нарезных систем. Артиллерийское отделение энергично приступило к проектированию и испытанию нарезных орудий. Маиевскому было поручено проведение первых опытов.
Работы по проектированию были начаты с испытания 4-фунтовой нарезной пушки. Основной задачей было установление рациональной длины хода нарезов, которая была найдена стрельбой на кучность и оказалась равной 136 дюймам. Канал 4-фунтовой пушки был нарезан согласно найденным из опыта данным, и это орудие предполагалось испытать сравнительно с 12-фунтовой гладкостенной пушкой.
Осенью 1858 года Маиевский был приглашён читать в Михайловской артиллерийской академии курс баллистики. Необходимо было ввести в курс новейшие исследования, составить новые записки — словом, сделать всё то, чего не сделали его предшественники по кафедре — профессор В.А. Анкудович и академик М.В. Остроградский. Курс Анкудовича 1836 года сыграл в своё время громадную роль, но к 1860-м годам устарел. Академик Остроградский, занятый главным образом работами в области математики, за два года преподавания баллистики в академии (1856—1858) не дал ни одной работы по баллистике.
Со свойственной ему энергией Маиевский взялся за новое дело, уделяя весьма много времени разработке курса баллистика и подготовке к лекциям. Вместе с тем он не забывал и о проектировании нарезных орудий. Летом ему вновь предстояло руководить ответственными опытами, заниматься составлением таблиц стрельбы для полевых нарезных орудий, поэтому необходимо было ознакомиться с последними работами по исследованию результатов стрельбы. Маиевский решил использовать только что вышедший в свет труд П.Л. Чебышёва «Об интерполировании по методу наименьших квадратов» для определения траектории центра массы продолговатого снаряда 4-фунтовой нарезной пушки. К 1859 году ещё совершенно отсутствовали данные о сопротивлении воздуха движению снарядов подобной формы, и установить траекторию центра массы снарядов можно было лишь эмпирическим путём на основе формул интерполирования П.Л. Чебышёва. Маиевский с интересом ознакомился и с работой Дидиона «Применение теории вероятностей к исследованию результатов стрельбы из артиллерийских орудий и ружей», опубликованной в 1858 году. Позднее, в 1864 году, работа была переведена на русский язык. Оригинальность исследования заключалась в применении основных начал теории вероятностей к обработке результатов стрельбы, и в этом отношении работа французского баллистика, безусловно, заслуживала внимания.
Маиевский был убеждён в том, что офицерам Академии необходимо знать современные методы исследования результатов опытных стрельб. В том же году он познакомил их не только с вопросами приложения теории вероятностей к стрельбе, но и с формулами интерполирования академика Чебышёва. Полиномы Чебышёва позволяли достаточно просто вычислить траекторию центра массы вращающегося продолговатого снаряда. Эти разделы Маиевский включил и в свои записки по баллистике, отпечатанные Михайловской артиллерийской академией в 1859 году.
Ещё до начала своей педагогической деятельности Маиевский часто встречался с молодыми преподавателями Академии И.А. Вышнеградским (уроженцем Вышнего Волочка. — Авт.-сост.), А.В. Гадолиным, Л.Н. Шишковым.
