Приехав в Петербург, недавний ссыльный поступает в Академию художеств, параллельно с занятиями в которой принимает активное участие в этнографических экспедициях Академии наук. В начале 90-х годов прошлого века он совместно с молодым В. В. Бартольдом, впоследствии академиком, совершает поездку в Туркестан, который буквально пленил молодого художника. Во время этой экспедиции Дудин делает свои первые снимки, вошедшие потом во многие научные издания. Несмотря на то что Бартольд считался руководителем экспедиции, основной материал был собран Дудиным. Впоследствии академик Бартольд будет вспоминать: «В общем, как видно из сказанного в моем печатном отчете об экспедиции, Самуил Мартынович был подготовлен для выполнения этой задачи лучше меня. При составлении отчета я не только воспользовался его фотографиями, зарисовками, чертежами, но воспроизвел из его записей, предоставленных им в мое полное распоряжение, описание многих памятников, даже таких, которые были осмотрены обоими».
Во время этой поездки ученым пришлось многое увидеть. Прямого железнодорожного сообщения с Туркестаном еще не было, и они ехали через Москву до Нижнего Новгорода, потом пароходом по Волге до Астрахани, затем по Каспийскому морю до Узун-Ада, поездом до Самарканда, а далее на лошадях.
В Москве путешественники стали невольными зрителями торжеств, посвященных десятилетию коронации Александра III. Бартольд писал: «Мы были свидетелями восторженных манифестаций, под впечатлением которых я сказал Дудину: “Можно подумать, что находишься в толпе сумасшедших”. Он ответил: “Так оно и есть: сумасшедшие или мы, или они. В нашей нормальности сомнения быть не может, следовательно…”».
Зимой Дудин возвращался к занятиям в академии, участвовал в выставках, читал, занимался обработкой полевого материала.
В 1897 году он получил звание художника за картину «В храме Таниты». Высокого мнения об успехах Дудина был его учитель И. Е. Репин, который в письме к художнику Куренному писал: «Дорогой Александр Аввакумович, спешу известить вас о выставке учеников – много хорошего, особенно отличились: Борисов, Дудин, Пурвин, Мясоедов, Рылов. Подчеркнутые (Дудин и Мясоедов. –
Надо сказать, что за годы обучения Дудин еще несколько раз отправлялся в научные поездки. В 1894 году по поручению Музея этнографии и антропологии он побывал в Украине, где собирал этнографические коллекции и выполнил обширную научную фотосъемку. В следующем году по поручению археологической комиссии им сделано около двухсот негативов большого размера (24x30 см) с архитектурных памятников Самарканда. По этим документам и сегодня ведут всю работу реставраторы.
В 1899 году по поручению этнографического бюро Тенишева для Парижской всемирной выставки он сделал более шестисот фотографий, на которых запечатлел быт обитателей Акмолинской и Семипалатинской областей. Эти негативы впоследствии попали в Германию и сегодня являются одной из достопримечательностей собрания Гамбургского этнографического музея. Сохранились и отпечатки этих негативов, которые хранятся в Петербурге, в Музее антропологии и этнографии.
Так уж получилось, что к началу 1900-х годов Дудина одинаково хорошо знали не только в Академии художеств, но и в Академии наук. Вот почему, когда вновь создаваемый этнографический отдел Русского музея решил отправить экспедицию в Среднюю Азию с целью изучения материальной и художественной культуры населяющих ее народов, выбор пал на Дудина – художника, этнографа, фотографа.
Экспедиция снаряжалась очень тщательно. Зимой 1900 года В. В. Радлов предложил ему подготовить подробную программу и смету. Предусмотрено было все, особенно заботливо Дудин готовил фотографическое оборудование. В Германии были закуплены фотоаппараты, оптика, фотоматериалы. Изготовлены специальные вьючные ящики для аппаратуры и лабораторного оборудования – проявлять отснятый материал ученый-фотограф предполагал непосредственно в дороге, чтобы вовремя обнаружить возможные дефекты и неточности в экспозиции.
22 февраля 1900 года Дудин, получив крупную сумму денег от музея на приобретение этнографических коллекций, выехал в Самарканд. Эта экспедиция в общей сложности продолжалась три года. Только зимой на короткий период ученому удавалось вернуться в Петербург, где он занимался обработкой собранных материалов.
Перед исследователем стояла вполне определенная, хотя и очень обширная задача, сформулированная им в программе экспедиции: произвести фотосъемку населенных пунктов, характерных построек, жилья, домашней утвари, национальных костюмов. Но главное – запечатлеть повседневную жизнь обитателей края, торговлю, религиозные обряды, обычаи, всевозможные ремесла, типы людей.