14 июня 1847 года находившемуся в Петропавловской крепости Костомарову было разрешено свидание с невестой Алиной Крагельской. Познакомились они в женском пансионе, где Костомаров преподавал. Воспитанницы прозвали своего учителя Чучелом Морским, что не мешало им восхищаться его знаниями и талантом рассказчика. Крагельская пленила Костомарова своей живостью, непосредственностью и истинной одаренностью. Ее игрой на фортепиано восхищался даже Ференц Лист, посетивший Киев с гастролями. Арест Костомарова круто изменил их жизнь. Николай Иванович боялся после осуждения связывать с Алиной свою, как он считал, пропащую жизнь. Масла в огонь подливала и мать невесты. В итоге их брак расстроился. Крагельская вышла замуж за другого человека и прожила с ним 19 лет. Однажды зимой 1862 года она купила издание драмы Н. И. Костомарова «Кремуций Корд» и прочла понятное только ей посвящение: «Незабвенной А. Л. К. на память. 14 июня 1847 г.»…
Одновременно с Костомаровым был арестован Н. Гулак, а вскоре Т. Шевченко, П. Кулиш, В. Белозерский, А. Маркович и другие кирилло-мефодиевцы. Для проведения следствия все они были отправлены в Петербург и осуждены, но, по меркам николаевского времени, в большинстве своем (кроме Т. Шевченко, который был сослан рядовым в Оренбург, а потом — в Новопетровское укрепление, со строжайшим запретом Николая I писать и рисовать) без излишней жестокости. Граф Орлов понимал, что никакой политической работы кирилло-мефодиевцы так и не начали, ограничивая свою деятельность периодическими встречами, составлением и обсуждением документов. Интересно, что во время следствия осужденным помогали сами же гонители из жандармского корпуса, подсказывая, как правильнее вести себя на допросах.
24 июня 1848 года, отбыв годичное заключение в Петропавловской крепости, Н. Костомаров был сослан в Саратов. Год тюрьмы не прошел для Николая Ивановича даром. За несколько месяцев заключения он выучил греческий и испанский языки, и теперь легко мог читать Гомера и Кальдерона в подлиннике.
В Саратове Костомарова определили на должность переводчика при губернском правлении с жалованьем 350 рублей в год. Поскольку переводить было нечего, губернатор поручил политическому ссыльному заведовать секретным отделом, в котором велись дела «раскольников».
Как человек весьма впечатлительный, и к тому же слабого здоровья, Николай Иванович тяжело переносил постигший его удар судьбы, особенно несостоявшийся брак. Но мировоззрение его почти не изменялись. В Саратове он снова включился в научную работу и завершил монографию о Богдане Хмельницком. Тогда же он начал писать о быте в Московском государстве XVI–XVII веков. Для этой работы он, по своему обыкновению, не ограничивался уже имевшейся литературой, а отправлялся в этнографические поездки, собирая старинные песни и предания и одновременно знакомясь с жизнью раскольников и других сектантов.
В саратовской ссылке Костомаров познакомился с Н. Чернышевским. Николай Гаврилович очень высоко оценил изданную в «Отечественных записках» монографию «Богдан Хмельницкий», написав в «Современнике» о беспристрастии сочинителя и широте его взглядов. В Саратове в «Губернских ведомостях» за 1853 г. был опубликован первый вариант будущего обширного исследования Костомарова «Бунт Стеньки Разина». Эта монография позже стала известна К. Марксу: он настолько заинтересовался ею, что даже составил ее подробный конспект.
В 1856 году «высочайший манифест» нового царя Александра II освободил Костомарова от полицейского надзора. В 1857-м Николай Иванович отправился за границу. Он побывал в Швеции, Германии, Швейцарии, во Франции и в Италии. В Праге он встретился с «патриархом чешского славянства» В. Ганкой, который уделил Костомарову много внимания, а на прощание в знак глубокого расположения подарил ему все свои произведения.
В 1858 году Н. И. Костомаров возвратился в Петербург и продолжил свои научные изыскания. Он почти ежедневно ходил в библиотеку, изучал рукописи, пополняя новыми данными очерки быта и нравов русского народа. Узнав, что в Петербург вернулся Тарас Шевченко, Костомаров решил навестить товарища. Очень трогательно описана сцена их встречи в «Автобиографии» Костомарова: «Мастерская Шевченко находилась рядом с академической церковью, была просторная светлая комната, выходившая окнами в сад. „Здравствуй, Тарас“, — сказал я ему, увидевши его за работой в белой блузе, с карандашом в руках. Шевченко выпучил на меня глаза и не мог узнать меня. Напрасно я, все еще не называя себя по имени, припомнил ему обстоятельство, которое… должно было навести его на догадку о том, кто перед ним. „Вот же говорил ты, что свидимся и будем еще жить в Петербурге — так и сталось!“ Это были слова его, произнесенные в III отделении в то время, как после очередных ставок… мы возвращались в свои камеры. Но Шевченко и после того не мог догадаться, раздумывая и разводя пальцами… Должно быть, я значительно изменился за одиннадцать лет разлуки с ним. Я наконец назвал себя. Шевченко сильно взволновался, заплакал и принялся обнимать меня и целовать».
Весной 1859 года Костомаров принял приглашение занять кафедру русской истории Петербургского университета. В ноябре он приступил к чтению лекций. Вступительная лекция в университете запомнилась ему больше всего: «Стечение публики было большое; несколько государственных лиц посетили мою лекцию. По окончании чтения последовали громкие рукоплескания, а потом толпа молодых людей подхватила меня на руки и вынесла из университетского здания к экипажу». Кто-то из современников точно заметил: «Лекции Костомарова влекли на площадь!». Влияние Костомарова на петербургскую интеллигенцию было огромным. На каждой лекции — столпотворение; у себя дома по вторникам он собирал цвет русской культуры. У него бывали Н. А. Добролюбов, А. Н. Пыпин, Н. Н. Ге, Н. А. Некрасов, Н. Г. Чернышевский и многие другие.
За годы заключения и саратовской ссылки взгляды Н. Костомарова на историю существенно изменились. Он уже был далек от мистического преклонения перед народом, однако по-прежнему, в отличие от большинства российских профессоров, не считал сутью исторического процесса государственную жизнь. Он все более критически смотрел на основные личности и события как русской, так и украинской истории, что шло вразрез с общественными пристрастиями тех лет. Костомаров напряженно работал, разбирал и анализировал архивные материалы, много публиковался, в том числе в самых популярных тогда журналах «Современник», «Вестник Европы» и «Русское слово».
В северной столице он встретился с вернувшимися из ссылки старыми киевскими друзьями П. Кулишом, В. Белозерским и Т. Шевченко. Вместе они создали и возглавили петербургскую украинскую «Громаду», в идейном спектре которой Н. Костомаров занял принципиальные либеральные взгляды, не разделяя народнического радикализма Т. Шевченко и некоторых других членов этой культурно-просветительской и полностью легальной организации. Не соглашался Н. Костомаров и с революционными идеями Н. Чернышевского. В 1861–1862 годах петербургские «громадовцы», поддерживая тесные связи с аналогичными кружками в Киеве и других городах Украины, издавали журнал «Основа». В нем были напечатаны теоретические работы Н. Костомарова «Мысли о федеративном начале в Древней Руси», «Две русские народности» и «Черты народной южнорусской истории», в которых разрабатывалась концепция различия исторического пути и этнокультурного типа украинцев и русских, подчеркивалась роль казацких демократических традиций в украинской истории, которые, как и русское самодержавие, Костомаров уже не идеализировал.
В эти годы Николай Иванович поддерживал связи со многими либеральными и демократическими деятелями, переписывался с лидером российской политической эмиграции А. Герценом и регулярно печатался в его «Колоколе», издававшемся в Лондоне. На его страницах без цензурных стеснений, на фоне острейшего польско-российского противостояния начала 1860-х годов Костомаров смог опубликовать острые историко-публицистические статьи «Правда москвичам о Руси» и «Правда полякам о Руси».
