В 1840-х годах профессорско-преподавательский состав училища был очень сильным. Курс артиллерии был поставлен первым по времени профессором этого предмета Е.Х. Весселем очень хорошо, Вессель придавал большое значение практическим занятиям офицеров. Работа в лаборатории и учебные стрельбы во время лагерных сборов были первыми шагами, предпринятыми в этом направлении. Но Маиевскому уже не пришлось слушать лекции самого Весселя, курс артиллерии вёл его ученик О.П. Резвой.

С большим вниманием слушал Маиевский лекции профессора В.А. Анкудовича, читавшего с момента образования училища баллистику, а позднее курсы высшей математики и теоретической механики. Лекции Анкудовича обстоятельно знакомили с решением основных проблем внешней баллистики и давали офицерам училища глубокие знания в этой важнейшей области артиллерийской науки. Профессор Анкудович пользовался большой любовью своих слушателей. Скромный, всецело преданный науке, с обширными познаниями и громадным трудолюбием, он, хотя и не обладал даром изящного изложения своего предмета, но преподавал его полно, отчётливо и с редким терпением». Значение деятельности Анкудовича в училище было тем более велико, что это был в то время единственный учёный, систематически занимавшийся проблемами баллистики и опубликовавший в 1836 году первый курс по этому предмету на русском языке. Помимо курса Анкудовича Маиевский изучал также наиболее известные труды, освещавшие вопросы внешней и внутренней баллистики.

Наибольшее значение для Маиевского имели лекции и занятия по специальным артиллерийским дисциплинам. В офицерских классах училища он не только глубоко изучал баллистику, но получил также основательные знания как по материальной части артиллерии, так и по истории развития огнестрельного оружия в России. Много дали Маиевскому лекции профессора М.В. Остроградского, который читал в те годы высший анализ и теоретическую механику. Кроме природного ума и больших способностей, Н.В. Маиевский уже обладал солидной математической подготовкой, что позволяло ему легко понимать сложнейшие математические доказательства, проводимые в своих лекциях Остроградским. Он мог сосредоточивать своё внимание на методе преподавания Остроградского, на его способности облекать решения самых запутанных задач в изящную форму. Всё это Маиевский сумел уловить и использовать в своей дальнейшей научной и педагогической деятельности.

В 1846 году Маиевский успешно закончил старший офицерский класс по 1-му разряду, завершив обучение в офицерских классах Михайловского артиллерийского училища вторым по общей сумме баллов.

28 июня Маиевский был выпущен в лейб-гвардии конную артиллерию. С 28 декабря того же года он был зачислен в первую батарею, где прослужил два года с перерывом со 2 августа по 8 ноября 1848 года. 3 апреля 1849 года Маиевский был произведён в подпоручики.

В декабре 1849 года подпоручик Маиевский был прикомандирован к Артиллерийскому отделению Военно-учёного комитета — учреждению, руководившему производством и усовершенствованием материальной части артиллерии.

Генерал Е.Х. Вессель, обративший внимание на Маиевского ещё в 1843 году, не забыл его. Вессель считал, что одарённый офицер, сочетавший в себе основательные знания в области физико-математических наук и серьёзную специальную подготовку — как теоретическую, так и практическую, — может принести большую пользу отечественной артиллерийской науке. Он привлёк Маиевского к работе в Артиллерийском отделении в качестве учёного секретаря — должность, на которую Маиевский был назначен 13 октября 1850 года, продолжая числиться в лейб-гвардии конной артиллерии. Подпоручик Маиевский быстро освоился с новыми обязанностями.

Председатель Артиллерийского отделения генерал-лейтенант А.В. Дядин отдавал много сил развитию отечественной артиллерии. Этот «муж совета», как называл его Е.Х. Вессель, делил своё время между многочисленными служебными заседаниями и пребыванием на Волковом поле — артиллерийском полигоне под Петербургом, где участвовал в проведении самых разнообразных испытаний. Генерал Э.И. Тотлебен, известный защитник Севастополя, в шутку говорил о Дядине, что «дневной квартирой его стал Комитет, загородным гуляньем — Волково поле». Энтузиаст своего дела, Дядин сразу же увидел в Маиевском артиллериста не только всесторонне образованного, но и способного разрешать сложные специальные вопросы. В том же 1850 году он поручил Маиевскому первую ответственную работу: составление таблиц стрельбы для состоявших на вооружении русской армии гладкостенных орудий. Существовавшие таблицы не могли более удовлетворять запросам артиллерийской практики.

Маиевский энергично принялся за дело. Ему стало ясно, что основания, на которых были составлены таблицы стрельбы для отечественных орудий, давно устарели. Предпринятые ещё в середине XVIII века опыты показали, что сопротивление воздуха возрастает быстрее, чем квадрат скорости.

Для вычисления новых таблиц стрельбы Маиевский обратился к самым последним опытам 1839—1840 годов, проводившимся во Франции под руководством известных артиллеристов Дидиона, Пиобера и Морена. В результате этих экспериментов Дидиону удалось вывести более совершенное выражение закона сопротивления воздуха. Им и воспользовался Маиевский, увидев в этом законе единственную возможность успешно решить поставленную задачу.

При вычислении таблиц стрельбы Маиевскому необходимо было найти начальные скорости для всех образцов отечественных орудий. Для этого требовался баллистический маятник, но в те годы он был лишь на Охтенском пороховом заводе. Отсутствие маятника на Волковом поле и необходимость в связи с этим доставлять все испытываемые орудия на Охту причиняли много неудобств. Это было очевидно для всех, принимавших участие и работе. Видимо, в эти годы Маиевский принял решение при первой возможности заняться созданием баллистической лаборатории на Волковом поле.

Освоив методику работы с баллистическим маятником, Маиевский приступил к проведению опытных стрельб. После напряжённой работы он составил таблицы стрельбы для ряда орудий. В 1851 году в одном из номеров Артиллерийского журнала была опубликована его статья «Баллистические формулы для разрешения всех вопросов, относящихся до стрельбы орудий и ружей, употребляемых у нас всех родов и калибров». В этой первой работе он излагал теоретические основания, использованные им при составлении таблиц стрельбы. В 1856 году новые таблицы для состоявших на вооружении русской армии гладкостенных орудий были составлены, и поручику Н.В. Маиевскому была объявлена благодарность за эту важную работу.