Виявилось, що Фрідріх не схильний легко розлучитися з своїм геометром. Зокрема, він скористався можливістю утримати в армії сина ученого. Все ж таки дозвіл на від'їзд був отриманий. Навздогін король востаннє використовує Ейлера як мішень для гостроти: «п. Ейлер, до безумства що любить Велику і Малу Ведмедицю, наблизився на північ для більшої зручності до спостереження їх. Корабель, навантажений його XX, його УУ, потерпів крах — все пропало, а це жалко, тому що там було чим наповнити шість фоліантів статей, поцяткованих від початку до кінця цифрами. Ймовірно, Європа позбудеться приємної забави, яка була б їй доставлена читанням їх» (з листа Даламберу). Незабаром Фрідріх тішився, діставши на місце Ейлера молодого Лагранжа, повчально мотивуючи доцільність його переїзду до Берліна: «Необхідно, щоб найбільший геометр Європи проживав поблизу найбільшого з королів».
Ейлер прибув до Петербурга 17 липня 1766 року. Він був відсутній рівно 25 років і наближався до свого шістдесятиріччя. Спочатку Ейлер серйозно прийняв пропозицію Катерини взяти участь в реорганізації Академії. Він привіз з собою докладний проект, причому він не прагнув до автономії Академії, а навпроти, орієнтувався на тісне переплетення діяльності Академії і урядових установ. Проте поступово з'ясувалося, що імператриця не схильна передовіряти Ейлерові керівництво Академією. Ейлер отримав ще один урок того, що освічені монархи люблять, щоб їх учені знали своє місце. Як старійшина академіків — декан — він мав чималий вплив на академічні справи, але про пост віце-президента ніхто не згадував. А на чолі Академії Катерина поставила (продовжуючи традиції Єлизавети) молодшого брата свого фаворита — графа В. Р. Орлова. Втім, виникло невелике недорозумiння : пост президента все ще займав Разумовській, який, будучи командиром Ізмайловського полку, подав Катерині підтримку під час перевороту. Його не стали кривдити, а для Орлова заснували пост директора академії. Новий директор по-своєму непогано відноситься до Ейлера: піклується про здоров'я, дістає ліки, але може і пожартувати над старим, видавши себе, «для перевірки зору» ученого, за бідного прохача з Швейцарії. Незадовго до відходу Орлова в 1774 р. відбувся конфлікт, після якого Ейлер перестав відвідувати конференції в академії. Проте він продовжував цікавитися її справами, і академіки нерідко збиралися на засідання в квартирі Ейлера.
Ейлер привіз з собою до Петербурга кіпу рукописів, які не вдалося опублікувати в Берліні із за видавничої діяльності, що майже припинилася під час війни. Але ще більше привіз він в своїй голові майже доспілих, але не реалізованих задумів. А життя підказувало ученому, що він повинен поспішати. Незабаром після приїзду він позбавляється зору в другому оці, але не припиняє працювати, диктуючи свої твори хлопчикові, що не мав ані найменшого уявлення про математику. Запрошений імператрицею окуліст барон Вентцель видалив катаракту на одному оці, але попередив, що перевантаження неминуче приведе до повернення сліпоти. Так і трапилося незабаром, бо Ейлер віддав перевагу втраті зору пасивності. Він пробує привернути до занять інших учених: свого сина, академіків Крафта, Фусса і Лекселя, але більше всього диктує те, що він знав і хотів повідати людям. За півтора десятки років він продиктував більше 400 статей і 10 великих книг. До сліпоти стала приєднуватися глухота. У 1766 р. вмирає дружина, і Ейлер одружується на її сестрі (так найпростіше було зберегти порядок, прийнятий в будинку). Згорів будинок і велика частина майна. Ніщо не може примусити Ейлера перервати роботу. Літом 1777 р. Ейлера відвідав Іоанн (III) Бернуллі (1747—1807), племінник Данила. Ось його враження: «Здоров'я його досить добре, і цим він зобов'язаний помірному і правильному способу життя. Зором, здебільшого втраченим, а у свій час зовсім втраченим, він, проте, тепер краще користується, чим багато хто уявляє! Хоча він не може дізнатися нікого в обличчя, читати чорного по білому і писати пером на папері, проте пише на чорному столі свої математичні обчислення крейдою дуже ясно і порядно в звичайну величину. Потім вони вписуються у велику книгу одним або іншим з його ад'юнктів, Фуссом або Головіним (частіше першим з них). І з цих то матеріалів складаються під його керівництвом статті. Таким чином протягом п'яти років, які прожив п. Фусс в будинку Ейлера, приведено до закінчення 120 або 130 статей.». Ейлер зберіг працездатність до останніх днів. Другий петербурзький період продовжувався 17 років. У 1783 р. закінчив свої дні син сільського пастора, що став найбільшим математиком Європи. Поховали Ейлера на Смоленському кладовищі. Напис на пам'ятнику свідчив: «Тут покояться тлінні останки мудрого, справедливого, знаменитого Леонарда Ейлера».