Вернувшись в Петербург Васильев создал одно из главных своих произведений — "Оттепель", которая была представлена ранней весной 1871 года на конкурсе в Обществе поощрения художников и удостоилась первой премии. Эта картина несла в себе большое социальное содержание, она вся проникнута тоской и грустью, навеянными горькими раздумьями художника о жизни русской деревни.
В 1871 году Ф. Васильев пишет картину, привлекшую широкое внимание общественности, — "Оттепель", копию которой, несмотря на ее пессимистическую тональность, художнику заказали для императорской семьи.

Природа нехотя просыпается от зимнего сна. В этом пробуждении нет радости. Ржавые тона тающего снега, превращающегося в липкую грязь, туманная даль и мутное слезящееся небо, одинокие фигурки усталых пешеходов еще усиливают тревожное тягостное настроение. Но оно не исключает, а даже оттеняет своеобразную красоту пейзажа. Васильев продолжает свое открытие русской природы, стремясь разглядеть в ней самое сокровенное, неповторимое, что свойственно только ей: певучую мягкость линий, очерчивающих холмы и пригорки, тусклую нежность красок, пустынный простор полей.
Картина имела большой, даже огромный для молодого художника успех. Ее купил П. М. Третьяков. На конкурсе, устроенном Обществом поощрения художеств, "Оттепель" получила первую премию, в то время как "Печорский монастырь" Саврасова, которого Васильев мог бы считать одним из своих учителей, получил вторую. В следующем году посланная в Лондон на Всемирную выставку "Оттепель" вызвала восторженную статью английского рецензента.

Несмотря на благоприятные условия жизни у Строганова, здоровья своего Васильев не поправил. Общество поощрения художеств дало ему средства ехать в Крым. Еще до отъезда Васильев был зачислен вольноопределяющимся учеником Академии художеств и получил звание художника 1-й степени с условием выдержать экзамен из научного курса. Васильев переселился в Ялту, взяв с собой рабочий альбом с этюдами и набросками украинских деревенских мотивов. В Крыму по этим этюдам и воспоминаниям он написал одну из лучших своих картин — широкое эпическое полотно "Мокрый луг" (1872). Строгая по композиции картина поражает свежестью, глубиной и богатой внутренней градацией цвета. Образ природы, запечатленный Васильевым, таит в себе сложную гамму чувств, передавая переживания самого художника. Картина эта глубоко взволновала Крамского.

В основе картины – контраст застывшей, будто уснувшей земли, с крошечным озерцом, полным стоячей воды, и бурного неба с клубящимися облаками. Н.Н.Ге говорил, что Васильев "открыл мокрое, светлое, движущееся небо". Главная тема художника – просветление высшим светом всего темного, косного, не пробужденного в природе

Одна из особенностей "Мокрого луга", свойственная и большинству других вещей Васильева, - это цельность образа и вместе с тем тщательная и подробная разработка деталей. Под кистью художника каждая травинка, камень с бликом солнца, сухая ветвь- все кажется одинаково драгоценным, на всем как бы лежит отсвет внимательного и любовного взгляда художника.
Для Васильева, говоря словами Некрасова, "нет безобразия в природе" - надо только уметь видеть.
"Мокрый луг" заслужил горячую похвалу Крамского, письма которого были для Васильева почти единственной, но плодотворной связью с русской художественной жизнью. Васильев очень дорожил советами Крамского, делился с ним своими планами и сомнениями.
Он пишет о свойственной живописи картины окончательности, о фантастическом и одновременно натуральном свете, от которого нельзя оторвать глаз, и о той правдивости переданного Васильевым состояния природы, так по-разному проявившегося в еще мокрых от дождя деревьях, в налетевшем на воду ветерке, в убегающей тени от тучи и в яркой весенней зелени омытой дождем травы, изображенной на переднем плане.
Появившись в начале семидесятых годов, в период формирования нового типа пейзажа, картина Васильева была для своего времени явлением редким и знаменательным, открывавшим новый путь для русской пейзажной живописи: "На новой дороге всегда мало проезжих, хотя бы она была и кратчайшая, - писал Крамской Васильеву в период появления "Мокрого луга" на конкурсе, - и пройдет немало, времени, пока все убедятся, что именно эта дорога уже давно была необходима".
Написанная не с натуры, а сочиненная художником на основе зарисовок, сделанных в разных местах и в разное время, она поразила современников свежестью живописи, точностью воссоздания атмосферы и, более всего, исходящим от нее ощущением неясной томительности. Картина получила премию Общества поощрения художеств.
Академия присудила Васильеву звание "классного художника первой степени". На очередном конкурсе он получил вторую премию.

В Крыму Васильев провел два года; степень напряженности его творческой жизни была поразительной. Делая из-за болезни вынужденные перерывы в работе, исполняя заказанные ему картины, отнимавшие большее количество времени, весной 1872 года художник осваивает мотивы крымской природы...

Кроме множества рисунков, он написал две картины: "Болото" и "Крымский вид", за которые ему была присуждена премия от Общества поощрения художеств в 1872 году. Он начинает картину "В крымских горах", работает над полотном "Прибой в Ялте".
Последняя законченная работа Васильева — "В крымских горах (1873) — отличается тонкостью цветовых отношений, объединённых общим серовато-коричневым тоном; образ природы приобретает в ней оттенок героического величия. Эта картин сразу же поразила Крамского, который , несмотря на некоторые его замечания, считал ее гениальной.

Она написана в вертикальном формате, что заставляет зрителя оторвать взгляд от земли и сосредоточить внимание на изображении неба и гор, не охватывая взглядом всю сцену целиком. Художник называл подобные работы "картина вверх".

Надо было обладать чутьем и вкусом Васильева, чтобы из экзотической природы Крыма выбрать столь простой, и вместе с тем столь значительный мотив: дорога на склоне, горная цепь вдали и тянущиеся к небу сосны - одинокие деревья на голой, прокаленной солнцем земле; запряженная волами повозка неторопливо катится по каменистой дороге; клубятся тучи над отрогами гор. В вышине перед глазами зрителя развертывается величественная картина жизни стихийных сил природы, уже связанных не только с горами, но с облаками и небом. Ясно ощущается огромное включенное в картину пространство, переданное движением облаков сверху вниз. В сравнении с облаками склон кажется более материальным, живописная поверхность холста приобретает пластичность, в общих очертаниях склона выражено ощутимое движение вверх, в царство туманов и облаков, уже не подвластных законам земли.

Картина во многом несовершенна, но недостатки ее были свидетельством нового крутого и неизведанного пути, на который вступил Васильев. Это тонко почувствовал Крамской, писавший Васильеву о картине: "Настоящая картина - ни на что уже не похожа, никому не подражает, не имеет ни малейшего, даже отдаленного сходства ни с одним художником, ни с какой школой, это что-то до такой степени самобытное и изолированное от всяких влияний, стоящее вне всего теперешнего движения искусства, что я могу сказать только одно: это еще не хорошо, т.е. не вполне хорошо, даже местами плохо, но это - гениально".

Последние работы Васильева "Утро", "Болото в лесу. Осень", "Заброшенная мельница" частично не закончены. "Заброшенная мельница" представляет собой лучший пример такого живописного решения, о котором мечтал художник. Он старался на практике проверить выношенное им понимание колорита. Эти картины означали новый этап в творчестве художника, связавшего по новому им осмысленные романтические традиции XIX века с пейзажной живописью второй половины XIX века.

В основу композиции пейзажа "Утро" вошли натурные зарисовки какого-то конкретного мотива с едва намеченными очертаниями болотистой местности и идущим в дождливое утро охотником. Но и этого оказалось достаточно, чтобы вновь ожили в душе художника воспоминания об утре над болотистым местом.

Большую часть холста занимает изображение неба, затянутого у горизонта пепельно-сероватой тучей, над которой поднимается полоса утреннего солнечного света. В ней поражает красота тональной гармонии и само ощущение живого, как бы движущегося света, на глазах меняющего естественный природный цвет.

Среди всех работ, исполненных Васильевым в Крыму, "Заброшенная мельница" стоит особняком и кажется окруженной тайной, поскольку ни в одном из его писем мы не встречаем о ней какого-либо упоминания. Внешне также в чем-то незавершенная, эта картина в действительности далеко выходит своим содержанием за пределы конкретного сюжета и выражает скорее пережитые Васильевым чарующие впечатления от природы Украины с ее особенной по складу "поэтической душой".
Картина выполнена в зеленоватых и серебристо-сероватых оттенках, цвет зелени кажется изменившим свою естественную окраску. Благодаря еще холодному неясному свету, смягченному дымкой тумана, он стал более неопределенным и приобрел серебристые оттенки. Все введенные в картину цвета образуют в своем сочетании удивительно верно найденный общий колористический строй, характерный для часа рассвета.

Весной 1873 года занятия живописью продолжались. Художнику было необходимо закончить заказанную ему и уже оплаченную картину “Рассвет”, представлявшую собой новый “тип картин”, которые художник мечтал исполнить, но смерть не дала сбыться его мечтам.

Фёдор Александрович Васильев скончался 24 сентября 1873 года.

На устроенной в Петербурге посмертной выставке его произведений все было распродано еще до ее открытия. Картины были приобретены людьми, близко стоявшим к кругу передового искусства. Все оставшиеся после выставки произведения, большею частью неоконченные, были раскуплены. Два альбома художника были приобретены императрицей Марией Александровной.