В конце лета 1880 года Кибальчич устроил новую мастерскую по изготовлению взрывчатых веществ, сняв квартиру под именем штабс-капитана Григория Александрова с Христиной Гринберг, которая по поддельным документам была его женой. С большой осторожностью в эту квартиру было перенесено оборудование для изготовления взрывчатки и взрывных устройств.
Неожиданно на имя штабс-капитана Александрова пришло требование явиться в штаб округа в течение 12 часов. Перед Кибальчичем встал сложный выбор: либо пойти в штаб, рискуя там встретить знакомых настоящего штабс-капитана, либо проигнорировать требование и ждать разбирательства от штабного начальства. В обоих случаях риски обнаружить себя и раскрыть мастерскую были велики.
Кибальчич все же решил отправиться в штаб. Там его отчитали за то, что он, находясь под судом, приехал с Кавказа в Петербург и не сообщил о своем местопребывании.
Вскоре народовольцы узнали, что вернулся настоящий штабс-капитан Григорий Александров и поселился под Петербургом. Теперь гораздо проще было раскрыть существование его двойника. Положение становилось опасным. В течение двух суток квартира, где жил тогда Кибальчич, была очищена от всех следов нахождения в ней мастерской.
Осенью 1880 года Кибальчич переехал на Невский проспект. Он снял квартиру под именем Василия Агатескулова.
Народовольцы приступили к разработке следующего плана покушения. Были идеи бросить в царя бомбу или заколоть его кинжалом на улице. В итоге остановились на первом варианте как на более безопасном для самих убийц.
В ноябре «Народная воля» организовала наблюдательный отряд, который следил за всеми поездками царя, чтобы узнать его распорядок дня. Ежедневно по двое вели наблюдение за дворцом. Ежедневно отряд собирался, чтобы обсудить узнанное о маршрутах царя за день. Чтобы вести наблюдение незаметно, члены отряда переодевались.
Обычно по будням император в обед отправлялся в Летний сад. Его карету в это время охраняли шесть человек из конвоя. Из Летнего сада император мог отправиться потом куда угодно, и узнать, куда именно, было крайне сложно. Каждое воскресенье царь отправлялся на развод караула в Михайловский манеж. На обратном пути он заезжал в Михайловский дворец. Когда карета поворачивала на набережную Екатерининского канала, то ехала очень тихо. Перовская предложила бросить бомбу именно в этот момент. Кибальчич согласился на такие меры как запасные в случае, если не сработает план с очередным подкопом. Если же и план с бомбой не сработает, то царя должен будет заколоть кинжалом Желябов.
Нашли место для начала подкопа. Им оказалось полуподвальное помещение в одном из домов на Малой Садовой. Для маскировки в нем решили устроить сырную лавку. Кибальчич приступил к изготовлению динамита, запала для мины и бомб.
Кибальчич, Желябов и Колодкевич занимались пропагандой в военной среде. Особенно близок Кибальчич был с артиллеристами: ведь у них были общие интересы по взрывному делу. От них Кибальчич получал нужную литературу и дельные советы. Весной 1880 года был образован даже отдельный кружок артиллеристов наряду с центральным кружком и кружком моряков.
Однажды в новой мастерской разбилась бутылка с кислотой. Из-за этого позеленел карниз. На следующий день узнать о том, что произошло, явился дворник. Проживающей в квартире Морейнис удалось уговорить его не заходить в квартиру.
В декабре 1880 года Богданович и Якимова по документам супругов Кобозевых сняли помещение для магазина сыров. Продажа сыра, однако, шла гораздо хуже, чем рытье подкопа на Малую Садовую. Рядом располагались другие магазины, которые были более привлекательны для покупателей.
Земельные работы начинали сразу после закрытия лавки. Подкоп начинался прямо из жилого помещения. В стене комнаты сделали пролом, который прикрыли деревянным щитом. На ночь щит снимался, и закипала работа.
Кибальчич никогда в этой работе не участвовал. Он вообще ни разу не появился в этой лавке от греха подальше. Кибальчичу нельзя было навлекать на себя никакие подозрения, ведь никто в «Народной воле» в случае его ареста не смог бы взять на себя обязанности техника и специалиста по взрывному делу.
