В 1892 году, когда Менделеев возглавил Депо образцовых мер и весов, весь штат этого учреждения состоял из трех человек: ученого хранителя, его помощника и смотрителя здания. К 1895 году количество штатных служащих перевалило за десять, а объем работ продолжал нарастать с такой быстротой, что старое здание, построенное в 1879 году, не могло уже вместить всех служб. Поэтому в 1896 году министерство финансов отпустило средства на постройку рядом со старым нового просторного здания с башней для астрономической обсерватории. В 1897 году здание было построено, и Дмитрий Иванович с семьей переехал в казенную квартиру при Главной Палате на Забалканском проспекте.
К 1899 году фундаментальные работы по возобновлению прототипов были в основном завершены, и в деятельности Главной Палаты мер и весов начался второй период — приведение в единообразие всех мер и весов, обращающихся в стране. «Трудно в немногих словах изобразить то печальное состояние, в котором находятся меры и весы в России», — писал предшественник Менделеева на посту ученого хранителя генерал В. Глухов. И действительно, свинец, камни, песок применялись при взвешивании повсеместно. В некоторых городах для клеймения мер использовали гири двадцатилетней давности, утратившие свою истинную массу. Во многих губерниях клейма накладывались на приносимые купцами гири и аршины без всякой проверки. Поэтому хранителями образцовых мер и весов могли быть ученые с мировыми именами, их исследования могли всюду почитаться за образцы метрологической науки, но все это не имело ни малейшего влияния на состояние мер и весов в гигантском теле России. Требовался механизм, связывающий воедино центральное метрологическое учреждение страны с его высочайшими идеалами точности и добросовестности и каждую торговую и промышленную клеточку народнохозяйственного организма. И знаменитое Положение о мерах и весах, утвержденное 4 июля 1899 года, как раз и узаконило создание такой системы.
Во исполнение этого положения, текст которого Дмитрий Иванович написал сам, во всех частях России, включая Кавказ, Сибирь и Туркестан, с 1900 по 1906 год было открыто 25 поверочных палаток, во главе которых стояли заранее подготовленные поверители. Каждый из них в процессе обучения на курсах при Главной Палате получал знания по математике, физике и химии в объеме гимназического курса, осваивал приемы и методы поверки, изучал законы и инструкции, конструкцию и регулировку измерительных приборов. Поверители должны были в течение нескольких лет проверить, и наложить новые клейма на все обращающиеся в стране меры и весы и потом поверять их через каждые три года. Был также создан штат разъездных инспекторов, производящих внезапные ревизии измерительного хозяйства в разных промышленных и торговых учреждениях. За пять с лишним лет поверочная служба, созданная Менделеевым, поверила во всей стране 12 590 299 мер и весов, забраковав из них 464 804.
Эффективная работа поверителей в течение нескольких лет привела к единообразию мер и весов во всей стране и больше, чем самые совершенные метрологические исследования менделеевских предшественников, подготовила ее к принятию метрической системы, узаконенной декретом Совета Народных Комиссаров РСФСР от 11 сентября 1918 года.
«В 90 году в Нижнем, на заседании одной из секций Всероссийского торгово-промышленного съезда обсуждались вопросы таможенной политики. Встал, возражая кому-то, Дмитрий Иванович Менделеев и, тряхнув львиной головой, раздраженно заявил, что с его взглядами был солидарен сам Александр III. Слова знаменитого химика вызвали смущенное молчание. Но вот из рядов лысин и седин вынырнула круглая, гладко остриженная голова, выпрямился коренастый человек с лицом татарина и, поблескивая острыми глазками, звонко, отчетливо, с ядовитой вежливостью сказал, что выводы ученого, подкрепляемые именем царя, не только теряют свою убедительность, но и вообще компрометируют науку. В то время это были слова дерзкие. Человек произнес их, сел, и от него во все стороны зала разлилась одобрительно и протестующе волна негромких ворчливых возгласов. Я спросил: кто это? — Савва Морозов».