Participó en el Levantamiento de Enero (1863-1864), hecho por el que fue arrestado y condenado a muerte, aunque su sentencia fue reducida a 12 años en Siberia.

Empezó a estudiar la historia natural de Siberia y, en 1866, el gobernador Muraviov eximió a Dybowski de los trabajos forzados (kátorga), renovó sus derechos civiles y le propuso trabajar como doctor en un hospital.

Se estableció en el pequeño pueblo de Kultuk y comenzó un estudio detallado del Lago Baikal con alguna ayuda técnica por parte de la Sociedad Geográfica Rusa.

Ejerció como médico para la población indígena de Kamchatka, las Islas Aleutianas, las Islas del Comandante y la Isla de Bering, lo que le supuso hacer cuatro viajes al año entre las áreas pobladas de la zona.

Presidió la Sociedad Copérnico de Naturalistas Polacos entre 1886 y 1887.