В 1866 году Василию Павловичу исполнилось тридцать восемь лет. Он женился на молодой немке, ученице А. С. Даргомыжского Любови Фёдоровне Мюллер. Брак его не вызвал одобрения со стороны матери Софьи Григорьевны (отец скончался ещё в 1849 году) и многочисленных знатных родственников. Но Василий Павлович привык всё решать самостоятельно: он богатый самодостаточный человек и должен сам строить свою жизнь.

Так же страстно, как и музыку, Энгельгардт с юности полюбил астрономию. «Астрономиею я стал интересоваться смолоду. Летом часто с звёздной картою и фонариком ездил на Поклонную гору, откуда открытый вид на небо и изучал созвездия».

Свои астрономические занятия Василий Павлович начал с наблюдений малых планет и комет. Первым научным руководителем его был немецкий астроном Карл Христиан Брунс.

В 1879 году Василий Павлович, решивший окончательно обосноваться в Дрездене, покупает на окраине города земельный участок и приступает к строительству собственной виллы. К ней он решил непосредственно пристроить новую обсерваторию. И уже 3 февраля следующего года здесь началась работа, о чём свидетельствует хранящийся в Энгельгардтовской обсерватории «Дневник наблюдений» Василия Павловича Энгельгардта, который он подарил «любезнейшему и высокочтимому Дмитрию Ивановичу Дубяге».

Статья с описанием Дрезденской обсерватории была напечатана в журнале «Нива» в 1884 году. В ней отмечалось, что в продолжении трёх лет, до конца 1883 года, в различных астрономических журналах опубликовано около ста пятидесяти кометных наблюдений, до трёхсот наблюдений планет; много наблюдений затмений юпитеровых спутников, покрытие звёзд... «Следует заметить, что все астрономические наблюдения, произведённые на обсерватории, сделаны одним Василием Павловичем, потому что на обсерватории не было и нет никакого ассистента. Для тех, кто знаком с работами практической астрономии, понятно значение наблюдений В. П. Энгельгардта. Если принять во внимание, какого труда требует каждое астрономическое наблюдение и его вычисление, то должно признать деятельность обсерватории весьма важною и нельзя не удивляться энергии её основателя: и действительно, во всякую погоду можно видеть почтенного Василия Павловича на обсерватории до глубокой ночи - лучше сказать, до раннего утра, занятого наблюдениями. Это новое астрономическое учреждение стяжало себе в короткое время известность в астрономическом мире. Для нас же обсерватория важна ещё в том отношении, что она есть новая и единственная частная обсерватория, устроенная русским. Мы узнали, что В. П. Энгельгардт назначает по духовному завещанию свою обсерваторию со всеми инструментами, одному из русских университетов и оставляет Санкт-Петербургской Академии Наук значительную сумму для учреждения премий за лучшие астрономические сочинения и открытия».

Работая в Германии, В. П. Энгельгардт имел непосредственные контакты с немецкими, австрийскими и другими европейскими астрономами. Особое место занимает в их ряду сотрудник Венской астрономической обсерватории Иоганн Пализа, известный впоследствии как «ловец малых планет». В 1883 году он попросил В. П. Энгельгардта «окрестить» последний из открытых им астероидов, и Василий Павлович назвал его «Россия». Другая планета Пализы была названа Энгельгардтом по просьбе открывателя «Дрезда».

На почве беззаветной преданности астрономии произошло и знакомство Василия Павловича Энгельгардта, «дрезденского отшельника», как он сам себя называл, и молодого доктора астрономии из Санкт-Петербурга «пулковчанина» Дмитрия Ивановича Дубяго. Завязавшаяся научная переписка позднее привела к тесной дружбе.

Вот как пишет об этом Василий Павлович: «Нашему знакомству и всему, что из сего развилось я обязан планете Диане. Увидя в циркуляре, что её вычисляли некие Дубяго и кн. Долгорукий, я сделал ряд наблюдений и послал их в Пулково по общему адресу. Сиятельный вычислитель не удостоил ответом, а Дубяго ответил, а затем пошло и пошло, и дошло до наших дней. Ну как не сказать, никто, як Бог! Не будь Дианы, то ничего бы не было. Три буквы: АДД имели для меня кабалистическое значение, а ведь Кабалистика, Астрология, Астрономия — обретаются в родстве. Переписка о любимом предмете (астрономии) с Дубягою сблизила нас, а потом, когда он погостил у меня в Дрездене, мы ещё лучше познакомились».

Дубяго и Энгельгардт находят много общего в своих взглядах на развитие российской науки, на политику и общество. «Очень отрадно было узнать от Вас, что у нас в России наши астрономы занимаются делом... Пожалуйста, не сочтите меня за немца по случаю моей нерусской фамилии. Наш род уже более 200 лет православный и вполне русский. Мне весьма неприятно думать, что быть может русские, лично меня не знающие, принимают меня за немца!. Я живу здесь собственно потому, что моя больная жена не переносит сурового климата. Климат здесь весьма умеренный, зима коротка и не холодна. Жаль только, что ясных ночей мало».

Не имея помощников для обработки наблюдений, Василий Павлович часто прибегал к помощи вычислителей. Вначале это были астрономы-ассистенты из немецких обсерваторий, позднее весь огромный наблюдательный материал обрабатывался в России под руководством Дмитрия Ивановича Дубяго, который стал для Энгельгардта самым авторитетным советчиком.

В 1884 году Дубяго было предложено место ординарного профессора астрономии Казанского Императорского университета и директора Казанской астрономической обсерватории. Для молодого учёного это было достойное предложение, на которое он ответил согласием. Казанская обсерватория считалась после Пулковской лучшею в России, во всяком случае не уступающей Московской. В декабре 1884 года Дубяго переезжает в Казань. Василий Павлович присылает ему телеграмму: «Поздравляем Вас с приездом и просим принять хлеб-соль на новоселье! Искренне желаем Вам счастья и успехов на новом месте. Да благословит Бог новый период Вашей жизни. Ваш преданный Энгельгардт».

После Петербурга с его демократическими веяниями Казань показалась Дмитрию Ивановичу весьма патриархальной. Особенно его огорчали излишняя строгость и казёнщина, царившие в Казанском университете: «Я всегда глубоко сочувствовал нуждам студенчества, и везде оно бедно, болезненно и истощено силами; но приехавши в Казань я был поражён в этом отношении... Отношение профессоров к студентам не такие, к которым я привык и, как мне кажется, не такие, чтобы соответствовать понятию об Университете. Глубоко скорблю я, видя это. Ежовые рукавицы, в которых стиснуты студенты, делают своё дело: студенчество до поры молчит; но вдруг, как сдавленный пар, выскакивает иногда наружу, опрокидывая университетские преграды... Вы один из тех немногих истинных друзей русского просвещения, каких я знаю. Я глубоко был бы обрадован, если бы мог вдохнуть в Вас желание помочь им в борьбе с жизненною нуждою». Энгельгардт тут же учреждает при Казанском университете фонд помощи для особо нуждающихся талантливых студентов. Дубяго также часто помогает им из собственных средств в оплате жилья, учёбы, питания.