Художник также много работал по заказам Синода, выполняя проекты иконостасов, эскизы церковной утвари, писал образы святых для храмов и церковных изданий, сцены из русской истории, ставшей постоянным предметом его творческих занятий. По заказам членов императорской фамилии и светской знати Солнцев работал над рисунками сервизов, бронзовых украшений, каминных часов, молитвословов. С 1843-го по 1869-й годы художник преподавал иконописание в Петербургской духовной семинарии, а с 1858 года вновь работал в стенах Академии художеств, сначала в качестве наставника будущих живописцев - таких же, как и он, крестьянских детей, а затем - преподавателя живописи.

За заслуги перед российской историей он был избран в действительные члены Русского Археологического общества. В 1876 году по случаю 50-летия научной и художественной деятельности Фёдор Солнцев получил звание профессора исторической живописи, и в его честь была даже выбита медаль.

Глубоко преданный своему делу, художник фактически всю свою жизнь посвятил работе по разысканию, исследованию и сохранению памятников культуры прошлого. Этот нелегкий, поистине подвижнический труд человека, готового в любую минуту по высочайшей воле и необходимости покинуть свой дом и отправиться в далёкий путь, способствовал возвращению из забвения памятников отечественной истории и культуры и был высоким примером служения России.

Художник умер в марте 1892 года в возрасте 91 года, погребён в Петербурге на Волковом кладбище. На надгробном памятнике выбита надпись, теперь уже читаемая с трудом: "Профессор Императорской Академии Художеств Фёдор Григорьевич Солнцев ... Археолог, проложивший путь успехам русской церковной иконописи". Дом, где жил художник, на углу Греческого проспекта и ул. Пески (ныне 5-я Советская ул.) сохранился по сей день.