Шагами Рычков измерил все пещерные отсеки, описал, из какого грунта они состоят, набрал разных камней, чтобы послать в Академию наук для обследования. О происхождении пещеры Рычков спрашивал у башкирцев, и те отвечали ему, что она творение божье. «Но сие башкирское мнение основано на их невежестве», — заключал Рычков, считая, что в создании пещеры, помимо самой природы, есть доля участия и людей, которые в былые времена не могли не пользоваться таким удобным жилищем, «потому что в нем и в самую жесточайшую стужу такая натуральная теплота, какой в топленых зданиях не бывает, а летом, как сказывают, никакая воздушная жара там не беспокоит». Во время башкирских восстаний пещера действительно становилась надежным убежищем для мятежников, там они укрывались вместе с женами, детьми и даже скотом, благо что в ней имелась чистая вода и свежий воздух.
Творческие занятия всецело захватывают Рычкова, мысль о возвращении в губернскую канцелярию уже не занимает его. Привыкший выкладываться на государственной службе во всю силу, он откровенно признается, что «с таким прилежанием и успехами, как прежде, службу мою продолжать не в состоянии, поэтому прошу от дел отставки и увольнения вовсе».
По убеждению Петра Ивановича, служить нужно честно, отлично и никак иначе. Но он не был узколобым чиновником, у которого обычно вся сила и авторитет — в служебном кресле. Стоит такому кресло потерять, и сразу же он как бы выбывает из жизни, хотя физически продолжает существовать. Но никому не интересен как человек, ибо без служебного портфеля он пуст, безлик, бессилен. Такова судьба всякого стоящего у власти чиновника, администратора-обывателя. Иное дело — человек одаренный, творческий. Авторитет его держится на широте и глубине ума, доброте поступков, на умении толково работать. Ему прежде всего нужна свобода.
Чтобы не разрываться между канцелярской службой и наукой, Рычков в январе 1760 года едет в Петербург и подает в Сенат челобитную, в которой перечисляет все трудные этапы своей почти 30-летней службы и просит уволить его по состоянию здоровья навсегда.
Домочадцы по-разному расценили намерение Петра Ивановича порвать с канцелярской службой. Жена, Алена Денисьевна, заботясь более о здоровье мужа, нежели о материальном достатке семьи, одобрила его решение. Старший сын Андрей, явясь на побывку, с горячностью молодого офицера возражал:
— Вы завсегда напутствовали нас, дабы мы службой себя показывали, ибо честь и слава не от природы даются. Отойдя от службы, чем вы, отец, полезны Отечеству станете?
— Нынешняя служба моя Отечеству менее ценна, нежели мои сочинения. Мой старый наставитель, недавно почивший Василий Никитич Татищев, побыв во многих чинах и рангах, лишь душу и здоровье расстроил. В пример мне ставил он Петра Первого, который великолепие свое единственно делами показывал, а разных придворных чиновников презирал за их лень, сплетни, косность и за то, что угодничеством ищут свое благополучие приобрести. Красит ли человека такая нынешняя служба?
— Но именно за усердие в службе пожалован я в офицеры, хотя породой своей мало знатен.
— Тебе, сын, воинская служба весьма кстати, посколь иными занятиями ты не обременен. Что же до знатности нашей породы, то лишь та знатность, по разумению моему, предпочтения достойна, которая с заслугами. Отечеству, с достоинством и добродетелями соединена… Вам, дрожайшие мои дети, предками своими тщеславиться нельзя и не должно, однакож, и стыдиться причины нет, хотя бы кто по неведению подлостью вас попрекнул. Меня и самого тем безрассудные люди попрекали, но вскоре же, устыдясь, отходили. И теперь, уповаю я, учеными занятиями своими больше пользы Отечеству принесу, нежели суетными хлопотами в канцелярии.
Отпустить добросовестного, энергичного администратора, хорошо осведомленного во всех делах и истории громадного степного края, Сенат посчитал нецелесообразным. И хотя на руках у Рычкова имелось заключение оренбургских врачей, его повторно обследовали петербургские доктора медицинской канцелярии и подписали аттестат, коим службу по общему для всех регламенту признали его неспособным продолжать. Но и после этого освидетельствования Рычков 15 февраля был представлен на смотр Правительствующему сенату, где некоторые господа сенаторы высказывались за то, чтобы вместо окончательной отставки уволить Рычкова лишь на некоторое время для поправки здоровья. Другие предлагали оставить его при Сенате в Комиссии по торговым и дипломатическим делам, обещая за это высокое материальное пособие.