Без хозяйки в большом доме с оравой малых детей да при ежедневной службе Петру Ивановичу было невмоготу, и в следующем, 1752 году он женился на 20-летней дочери капитана-поручика Преображенского полка Дениса Никитича Чирикова. Как покажет время, брак оказался удачным. Несмотря на свою молодость, Алена Денисьевна была хорошей хозяйкой, заботливой матерью, искусной рукодельницей. Она родит восьмерых детей, но, кроме двух девочек и мальчика, все поумирают в младенческом возрасте. Рычков умалчивает о причинах такой высокой детской смертности, только раз называет крапивную горячку. Можно лишь предполагать, что виною всему были инфекционные болезни, против которых медицина того столетия была бессильна.

На дарственной земле Рычков основал в 15 верстах от Бугульмы село Спасское, построив там дом, а затем в 1757 году каменную церковь. Но поскольку основная служба его проходила в губернской канцелярии, то еще в апреле 1753 года он заложил в Оренбурге большой каменный дом, «потому как деревянное строение тут по скудности лесу неспособно и непрочно». 12 декабря того же года губернатор Неплюев на несколько недель уехал из Оренбурга по служебным делам, возложив на своего помощника правление губернскою канцеляриею и все секретные и заграничные дела, рапортом известив об этом Правительствующий Сенат. «Итак я в сем году имел честь несколько времени всею Оренбургскою губерниею с подчиненными провинциями один правителем быть», — не без гордой шутки замечает Рычков в своих «Записках».

Из этой же семейной хроники узнаем достоверно о многогранных заботах и интересах его, радостях и горестях, о потерях и удачах. Отцовской болью пронизаны строки внезапной смерти любимого, не прожившего и трех лет сына Ферапонта, который «подавал мне великое утешение и надежду, что будет из него человек достойный… В лице его казалось всегда нечто важное; нередко случалось мне, что я разговаривал с ним и, усматривая в нем смысл и догадку выше его лет и удивительные от него вопросы, радостные слезы имел». Рычков сообщает о женитьбе старшего сына Андрея, о поездке с женой и сыном Василием в Москву, о рождении и смерти дочерей Наташи и Елизаветы… Вереница дней. Частная хроника, за которой почти не прослеживается творческая и научная работа, хотя именно в пятидесятые годы Рычков создает основные свои произведения.

Сверхпредельное напряжение на службе и в творческой работе, следующие одна за другой семейные утраты пошатнули крепкое от природы его здоровье. «Еще в исходе прошлого и в начале сего 1759 года, — пишет Рычков, — от многих канцелярских трудов и беспокойств почувствовал я в здоровье моем против прежних лет великую перемену, и такую болезнь, каких прежде во мне не было». Рычкова мучили головные боли, флюсы, перепады кровяного давления.

Доктор Андрей Андреевич Риндер вместо каких-либо лекарств предписал ему покой, посоветовал на некоторое время от всех дел упраздниться и пожить в деревне. Докторскую аттестацию Рычков приложил к своей челобитной и послал в Правительствующий Сенат. Вскоре пришла резолюция: Рычкова от заведования Оренбургской канцелярией освободить на один год.

С надеждой поправить здоровье, отдаться любимым занятиям, подальше удалиться от интриг и злословия недоброжелателей Петр Иванович весной 1760 года вместе с женой и детьми выехал из Оренбурга в Спасское.

Село располагалось в живописнейшем месте. Однако вести праздную жизнь на лоне природы Рычков не мог, не умел. В Спасском он развернул бурную деятельность: выстроил мельницу, пасеку, винокуренный заводик, по разрешению Государственной берг-коллегии неподалеку от села соорудил два ручных горна для выплавки железа и две медеплавильные печки, где начал проводить разные опыты. В декабре состоялась пробная плавка. За девять дней выплавили двадцать пудов черной меди. Цифра, конечно, мизерная. Такое производство могло лишь разорить, а не обогатить хозяина. Но Рычков и не помышлял о нажитках. Ему важно было иметь под рукой базу для проведения экспериментов.

Ни дня не сидит он на месте, в кругу семьи. Ездит, ходит, изучая окрестности, стараясь найти залежи «медных руд и способные под заводы места». По рекам, ущельям и оврагам он собирает различные минералы и отправляет в Академию наук, часть камней опробует на месте, в своих печах. Многие образцы минералов к нему, по его просьбе, приносили крестьяне и приказчики близлежащих деревень. Чуть позже Рычков написал статью «О медных рудах и минералах, находящихся в Оренбургской губернии» и опубликовал ее в Трудах Вольного экономического общества. В ней он призывал исследовать рудные месторождения по своим приметам, потому что иностранные описания «с состоянием здешних мест не во всем сходственны».

Рычков приглашал специалистов осмотреть Уральские горы, Башкирию, «наполненную всяких таинств», а именно — медью, нефтью, каменным углем, газом. Он осуждал рудоискателей, действующих по наитию, по сомнительным приметам, считающих, например, что на рудных местах трава не растет. «Но и таких мест много, — замечал Рычков, — где и травы нет и руды нет». Оспаривал он и тех рудознатцев, что залежи руды советовали определять по камням на берегах рек, хотя действию текучих вод придавал серьезное значение. Под действием наземных и подземных вод происходят многие удивительные превращения. «Особливого примечания достойно то, — пишет он, — что в Уральских горах с обеих сторон и в отдалении от них верст на 20 все руды положение свое имеют понурое, склоняясь к горам, из чего есть физическая причина мнить, не бывали ль сии гористые места когда-нибудь плоского и ровного положения и не пришли ль они в нынешнее состояние по случаю землетрясения, которое бывшую ту плоскую поверхность в середине вспучило и подняло кверху, чего вероятность видимое ныне с обоих сторон положение руд подтверждает».

Это был смелый по тем временам взгляд на природу, поскольку земной ландшафт считали вечным, существовавшим с начала жизни на Земле абсолютно неизменным, раз и навсегда сотворенным Богом. В статье «О медных рудах и минералах» Рычков развил материалистическую идею Ломоносова о том, что мир природы находится в постоянном движении, что дно морское может стать возвышенной горою, а кратер вулкана — дном озера.

Ломоносов с одобрением отозвался об этой крупной работе Рычкова, однако письмо не сохранилось, но содержание известно: Рычков пересказал его в письме к Миллеру. Да и сам Миллер писал ему о добром отзыве Ломоносова, слышанном лично из его уст.

Рычкова не случайно влекли южные отроги Уральских гор, увалы, ущелья и степные речки близ Орской крепости. Именно здесь он чаще всего находил выразительные признаки залегания в земных недрах «великих богатств» и пророчески писал о ближайшем будущем, когда их начнут добывать и использовать. Его разведочные работы могли идти успешнее, имей он специальные инструменты и приборы, которыми вооружены сегодняшние геологи. Но даже располагая примитивной оснасткой, свой поиск Рычков вел все же в точном направлении. Спустя десятилетия именно в этих местах геологи обнаружили крупнейшие залежи медной руды, железа, никеля, нефти и газа. Именно близ Орска сооружены и действуют ныне комбинат Южуралникель, Орско-Халиловский металлургический и Гайский горно-обогатительный комбинаты…

Вслушиваясь в рассказы башкирских старожилов, Рычков старался лично перепроверить услышанное. Как-то до него донесся слух о Каповой пещере, находящейся возле реки Белой. И вот однажды морозным январским днем 1760 года Петр Иванович решил осмотреть ее, невзирая на то, что к ней по реке Белой и нигде окрест никакой дороги тогда не было. «Склонив тутошних башкирцев ласкою и угощением, чтоб верховою своею ездою по глубокому снегу путь мне сделали», Рычков отправился в этот нелегкий путь. Сопровождали его также несколько солдат и заводских служителей. Короток зимний день, маленький отряд торопился. Наконец в тридцати саженях от берега реки Белой перед ними предстал величественный грот, окруженный со всех сторон высокими горами и утесами, в пологих местах покрытыми сосновым лесом. Вход в пещеру напоминал высокие ворота и был настолько просторен, что позволял продвигаться, не слезая с коней. Навстречу путникам по известковым камням струилась мелкая и узкая речка. Чем дальше отряд углублялся в пещеру, тем речка становилась шире, а свод выше. В одном месте он достиг 18 сажен высоты. Каменный коридор подразделялся как бы на отсеки, большие камеры. Описывая одно из таких подземных помещений, Рычков замечает, «что можно почесть его за такое место, в котором для нужной обороны не одна тысяча вооруженных людей способно стоять может».