Комиссия, учитывая ранения Зубова в Цусимском сражении, вынесла заключение, что он подлежит «увольнению со службы, как вовсе к ней не способный по болезни, от ран происходящей». Далее комиссия перевела его из числа раненых III класса во II класс. Эти подробности, взятые автором из личного дела Н. Н. Зубова, хранящегося в Центральном Военно-морском архиве (Ленинград), приводят в некоторое удивление тех, кто знал Н. Н. Зубова в его уже преклонном возрасте. Он дожил до 75 лет и в последние по крайней мере 40 лет болел чрезвычайно редко, был всегда бодр, жизнерадостен и энергичен.

В ноябре 1913 года он был уволен из флота по болезни, и ему установили пенсию 345 рублей в год. После демобилизации Зубов поступает на работу в гидрометеорологическую часть отдела торговых портов Министерства торговли и промышленности. Отсюда он командируется в норвежский город Берген — один из наиболее значительных в то время центров науки о море — для стажировки по морским исследованиям. Стажировкой руководил известный океанограф Хелланд-Хансен.

Зубов стал его усердным учеником и в короткое время освоил методы морских исследований. После возвращения из Бергена Зубов преподает океанографию на курсах гидрометеорологов при Министерстве торговли и промышленности, руководит практикой курсантов на небольшой моторно-парусной шхуне «Утро» в Балтийском море.

Но гражданская жизнь была недолгой. В 1914 году разразилась первая мировая война, и в первые же ее дни старший лейтенант в отставке Зубов добровольно вернулся на флот. Уже 18 августа 1914 года он назначается командиром транспорта «Добро», который находился в распоряжении начальника 2-го резервного отряда и охраны водного пространства Кронштадтской крепости. Потом Зубов командует миноносцем «Послушный», а в апреле 1915 года назначается флагманским штурманским офицером штаба бригады подводных лодок. «За храбрость и мужество, проявленные при выполнении операции, сопряженной с явной опасностью и имеющей большое боевое значение, — как сказано в „послужном списке“, — Зубов награжден орденом св. Анны 3-й степени с мечами и бантом». Вскоре за отличие по службе он был произведен в капитаны 2 ранга. В 1916 году он состоял флагманским штурманским офицером при штабе командующего флотом Балтийского моря.

В конце 1916 года капитан 2 ранга Зубов назначается командиром эскадренного миноносца «Мощный». На этом записи в «послужном списке» обрываются. Чем занимался Зубов в период Февральской и Октябрьской революций, нам почти неизвестно. Вероятно, в каких-то архивах имеются какие-либо данные. Приведу строки из предисловия от издательства к книге Н. Н. Зубова «Избранные труды по океанологии» (Воениздат, 1955), в какой-то мере проливающие свет на этот период:

«Советское правительство предоставило все возможности для плодотворной научной деятельности Н. Н. Зубова. После службы в штабе Военно-Морских сил он откомандировывается в Народный Комиссариат просвещения для участия в организации Плавучего морского института, созданного по инициативе В. И. Ленина. В это же время Н. Н. Зубов пишет несколько статей по вопросам военно-морского искусства». Там же говорится, что в 1923-24 году Зубов читал в Военно-Морской академии специальный курс тактической навигации. Первую работу по океанологии он опубликовал в 1926 году, когда ему шел уже 41-й год. Таков путь Н. Н. Зубова к главному делу своей жизни.

Плавучий морской научный институт, или, сокращенно, Плавморнин, был создан в 1921 году. 16 марта 1921 года в газете «Известия» был опубликован декрет об учреждении этого института при Народном Комиссариате просвещения. Декрет был подписан 10 марта 1921 г. Председателем Совета Народных Комиссаров В. И. Лениным. Этот документ сыграл важную роль в последующем изучении морей, омывающих северные берега Советского Союза. Впервые в истории морские исследования возводились в ранг государственной задачи. В Декрете так и было указано, что Плавморннн создается «в целях всестороннего и планомерного исследования Северных морей, их островов, побережий, имеющих в настоящее время Государственно важное значение».

Идея создания института возникла в Московском университете. Здесь, в Зоологическом музее, работала группа молодых гидрологов под руководством И. И. Месяцева. При институте был организован Комитет, в который вошли ученые разных специальностей, имевшие тот или иной опыт полярных исследований. В состав этого Комитета был включен и Н. Н. Зубов, плававший в Баренцевом море еще в 1912 году и выполнивший тогда гидрографическую опись некоторых заливов. В 1921 году Плавморнину был предоставлен для экспедиции ледокольный пароход «Малыгин», но тогда Н. Н. Зубов не ходил в плавание на нем, хотя и активно участвовал в разработке программы экспедиции. В 1921–1923 годах он продолжает работать над статьями но тактической навигации и публикует их в журнале «Морской сборник». Но попутно он изучает работы по океанографии. Большое влияние на Зубова оказала книга Ю. М. Шокальского «Океанография», изданная в 1917 году, а также книга С. О. Макарова «Ермак во льдах» и работы норвежского океанографа Ф. Нансена.

Н. Н. Зубов принял участие в обработке и обобщении материалов океанографических наблюдений, выполненных с борта «Малыгина» в Баренцевом и Карском морях.

В 1922 году в Архангельске для Плавморнина было построено специальное исследовательское судно «Персей». В первом его рейсе участвовал Н. Н. Зубов. «Персей» вышел из Архангельска 19 августа 1923 года. После долгого перерыва Зубов снова на море, но теперь уже не в роли военного командира, а в роли научного работника—руководителя гидрологической группы.

«Персей» — двухмачтовый моторно-парусный бот общим водоизмещением 550 тонн, с ледовым поясом из дубовых досок; длина его — 41,5 м, ширина в средней части — 8 м, осадка около 3 м, мощность мотора — 360 лошадиных сил. Обводы корпуса судна были примерно такими же, как у нансеновского «Фрама». Льды при сжатии должны были выжимать судно вверх. Но вследствие такой яйцевидной формы оно было подвержено сильной качке. Несмотря на небольшие размеры судна, на нем размещались 5 лабораторий, библиотека и помещения для 24 человек команды и для 16 человек научного состава.

Выйдя из горла Белого моря, «Персей» от мыса Святой Нос Кольского полуострова пошел на север по 41-му меридиану, выполняя через каждые 30 миль гидрологические станции и через каждые 5 миль — промеры глубин. На 69° с. ш. разразился жестокий шторм, станции пришлось прекратить, судно прошло без работ до 72° с. ш. Когда ветер стих, гидрологические наблюдения были продолжены. 30 августа на горизонте открылись контуры островов Земли Франца-Иосифа. Исследователи мечтали осуществить высадку на мыс Флора, но неожиданно обнаружилось, что угля в бункере осталось всего лишь на три-четыре дня хода. Это была ошибка и небрежность старшего механика. «С большим огорчением, — писал впоследствии Зубов, — мы вынуждены были повернуть от Земли Франца-Иосифа на юго-восток». Поставили паруса, и с попутными северными ветрами судно дошло до Белушьей губы Южного острова Новой Земли. Решили зайти в эту закрытую от всех ветров бухту и ждать, когда доставят сюда уголь. В те годы радиосвязь была малонадежной и действовала лишь на ближних расстояниях; связаться можно было только с ближайшей береговой станцией. Радист этой станции вместо губы Белушьей указал губу Белужью. Обе группы находились на Новой Земле. Радиостанция на «Персее» из-за отсутствия электрического тока вышла из строя. Поэтому радиограмма с просьбой о доставке угля другим пароходом дошла до Архангельска в искаженном виде.

«Персей» с 7 сентября стоял в губе Белушьей на якоре. Наступила полярная осень со штормами, дождями, мокрым снегом. Днем участники экспедиции ездили на шлюпках на берег за пресной водой и за плавником для камбуза и камельков в каютах. Зубов участвовал в съемке берегов бухты и в промерах глубин с вельбота. Гидробиологи собирали биологические коллекции на берегу бухты. Долгими темными вечерами путешественники при свете керосиновых ламп обрабатывали материалы, а иногда вели рассказы о прожитых днях. В составе экспедиции были бывалые люди, и им было что рассказать молодым коллегам. Начальник экспедиции Иван Илларионович Месяцев вспоминал о революционной деятельности студентов в 1905 году и о работе на Мурманской биологической станции еще до Октябрьской революции.