Во Фрейнберг они прибыли 25 июля. Город располагался на юго-востоке Германии, на склонах Рудных гор. После преимущественно теоретических занятий в Марбурге, здесь предстояло пройти практическое обучение на местных рудниках и лаборатории основам минералогии, металлургии и горного дела. Основным наставником россиян здесь должен был стать профессор Иоганн-Фридрих Генкель.

Профессор И-Ф. Генкель был ученым практиком, узким специалистом в области химии, металлургии и горного дела. Он не одобрял ни теоретических рассуждений о строении материи, ни философских умозаключений, считая их только помехой в выполнении реального дела. Назревал конфликт и первым не выдержал Ломоносов с его вспыльчивым характером. В середине мая 1740 г. он после бурного объяснения ушел от И-Ф. Генкеля. Считая, что ничего нового во Фрейберге он уже не почерпнет, Михаил решил вернуться в Россию.

Завершив учебу раньше положенного срока, Ломоносов тем не менее выполнил намеченную программу и овладел основами горнорудного дела и металлургии, что признавал и сам Генкель. В своем письме, отправленном в Петербургскую академию наук в сентябре 1740 г. , он так отзывается о Ломоносове «помянутый господин Ломоносов изрядные успехи показал как в теоретической, так и в практической химии, преимущественно металлургической, и особливо в пробирном искусстве, также и в подземной геометрии и в познании руд, рудных жил, равно как и земель, камней, солей и вод, и немалое искусство проявил в механике, в коей он, по отзывам знатоков, весьма силен, так что и преподавать ее может».

За время пребывания во Фрейберге им были отправлены в Петербург две отчетные работы по физике, а также «Ода на взятие Хотина», написанная в необычном, новаторском стиле по случаю победы русской армии над турками. И если научные работы были просто приняты к сведению и зачтены, то ода произвела фурор и в академии, и при дворе императрицы Анны Иоановны, где ее даже издали небольшим тиражом («для придворного пользования»).

Для возвращения на родину нужны были деньги и разрешение руководства. Михаил задумал встретиться с российским посланником в Саксонии бароном Г.К. Кайзерлингом, который в это время должен был находиться в Лейпциге. Проделав путь в несколько десятков километров, Михаил посланника в этом городе не нашел. По слухам, барон уже выехал по делам в другой саксонский город Кассель. Но и в Касселе найти посланника не удалось. Оставалось вернуться в любимый Марбург, единственное место, где у Михаила были знакомые и где его ждали.

В начале июня он прибыл в Марбург, посетил Х.Вольфа, а затем направился к Цильхам. В его отсутствие (09.11.1739) у Елизаветы родилась дочь Екатерина. 6 июня 1740г. Ломоносов женился на Елизавете.

Михаил предпринимает еще одну попытку вернуться на родину, он отправился в новый поход. Путь его лежал в соседнюю Голландию, где он надеялся встретиться с другим русским посланником. Он добрался до Франкфурта, где ему удалось сесть на судно проплыть часть пути сначала по Майну, а затем и по Рейну в Роттердам и Гаагу. В Гааге русский посланник граф А.Г. Головкин отказался его финансировать, сказав, что Михаилу следует сидеть в Марбурге и ждать решения Академии. Но это не успокоило Ломоносова, и он пошел в Амстердам, собираясь найти там российское судно, договориться с экипажем и самостоятельно вернуться домой. В Амстердаме он встретился с земляками – купцами из Архангельска, но соотечественники отговорили его от такого шага, так как он мог понести суровое наказание в России за непослушание.

Михаил отправился в обратный путь. Возле Дюссельдорфа его обманом захватили прусские вербовщики и доставили в прусскую крепость Везель, где он провел несколько дней. Выждав удобный случай, Михаил бежал, спустя неделю ему удалось благополучно добраться до княжества Гессен, но прежде чем идти домой, он сделал остановки в Зигене и Гиссене, где изучил местные рудники.

Вернувшись в сентябре1740 г в Марбург, Ломоносов послал октябре в Петербург письмо, в котором изложил ситуацию, в какой он оказался, отчитался о проделанной им работе и попросил дать ему возможность вернуться в Россию. Через несколько месяцев в феврале 1741г. из Академии пришел положительный ответ. Ему разрешалось вернуться домой и высылалось 100 рублей на дорогу.

13 мая 1741г. канцелярия Марбургского университета выдала Михаилу документы на проезд до Петербурга, и через несколько дней он тронулся в путь. С собой он взял все купленные им книги по химии, металлургии, математике, физике, астрономии, философии, архитектуре, инженерному искусству. Супруга Ломоносова осталась в Марбурге и намеревалась приехать в Петербург, как только позволят обстоятельства. В конце мая он уже был в порту Любека, а 8 июня – в Санкт-Петербурге.