老诺贝尔回到瑞典的几年中，罗伯特和路维希在圣彼得堡致力于处理债务和继续发展制造业，而诺贝尔则重新钻进了试验中。这一时期，诺贝尔取得了3项研究的专利权，即1857年的气体计量仪，1859年的液体计量仪以及1859年的改进型气压或流体压力计。
这些发明虽然都在圣彼得堡申请了专利，但所用原理都比较简单，不算什么重要的发明。诺贝尔的主要心思还在令他着迷的炸药上，这次，他决定潜心研究硝化甘油。
硝化甘油原是意大利都灵市一位化学家索布雷罗1846年发现的。不幸的是发明者索布雷罗在实验时脸部被炸伤，实验室也被炸毁了。没有人知道硝化甘油在何种状态下会引起什么程度的爆炸力。由于恐惧，以后一直很少有人研究它。
诺贝尔留学欧美之时去过都灵，早就听说了索布雷罗和硝化甘油的故事。但刚从欧美留学回来的时候，诺贝尔还必须在工厂里帮父亲忙着生产水雷和机器，根本就没有时间专心去研究硝化甘油。
现在战争结束了，诺贝尔打算继续研究这种有时只是燃烧，有时却会爆炸的怪东西。因为他发现这种东西不仅可用于制造炸药，还可以用于医学界，它是心脏病患者的有效医疗用品。
此后数月，诺贝尔仔细研究了索布雷罗早先公开的各种研究报告，颇有心得。的确，在别人成功的经验上起步，这是最快的捷径。
他开始设法控制这种烈性爆炸物。他要做的，首先是怎样远距离地点燃它，而又不至于伤人。这一点似乎并不难，只需加上一根导火线便可解决。但试验的结果是：这样做只能引燃一部分，而不能使全部硝化甘油爆炸。
齐宁博士曾用铁锤敲击板上的一滴硝化甘油，从而发生轻微爆炸，诺贝尔想到：“必须让全部硝化甘油同时加热或同时受到敲击才会发生爆炸！”
这谈何容易。要使少量硝化甘油做到这一条还不难，但在爆破岩石或水雷的情形下，要使大量的硝化甘油同时都受到敲击或加热，就有相当的难度了。
这下可把诺贝尔难住了，他百思不得其解，于是，写信给在瑞典的老父，向他讨教，一有新的进展，就要求父亲来信告诉他。
父亲很快来了回信：“我已想出使硝化甘油安全爆炸的方法了，你可试着把硝化甘油渗透到黑色的火药里边去，这样就可使爆炸成功且安全可靠。”老诺贝尔是研究黑色火药的权威了，他自然想到把黑色火药作为问题的突破口。
诺贝尔看了父亲的来信，几乎高兴得跳了起来，把硝化甘油与黑色火药混合后，容易点燃的黑色火药爆炸后发热，利用由此产生的高温，就可均匀而全面地把硝化甘油加热。就是说，这其中产生了二级爆炸，先是黑色火药爆炸，再是硝化甘油爆炸，太妙了！
于是，他把硝化甘油装在小玻璃管中，再放入铁罐里，并在玻璃管周围紧紧地填塞黑色火药，再拖出一根长长的导火线。点火后，一声巨响震耳欲聋。诺贝尔成功了！
他还把大哥罗伯特和二哥路维希邀到河边，请他们看自己的新发明——手雷。点火后，诺贝尔把它朝小河的方向扔了出去，随着抛物线状的烟雾到达河心，旋即在水面上升起几人高的一柱壮丽的水花。
但是，这样的硝化甘油炸弹仍不太实用，于是诺贝尔又继续寻求更方便实用的形态。经过多次试验，他最终制成了一种“雷管”，它实际上是拴紧密封的黑色火药管，把它放在硝化甘油中，不管硝化甘油的数量有多少，都能产生完全的爆炸。
研究仍在继续，新的难题又困扰着诺贝尔，他希望能减少黑色火药的使用，而使硝化甘油成为爆炸的主体。
怎样解决这个问题呢？诺贝尔又进入了一个新的探索时期。
正当诺贝尔为改进他的“雷管”而努力的时候，老诺贝尔来信说，希望儿子能够回到瑞典，陪他度过晚年时光。
于是，1862年诺贝尔收拾行装，离开生活了21年的俄国圣彼得堡，回到了瑞典故乡斯德哥尔摩市。
这时，他对硝化甘油的研究已经突破了父亲的限制。他父亲的想法，仍然是把原来广泛应用的、低效的黑色火药作为爆炸物的主体，而把硝化甘油仅仅看作为引爆的辅助因子。但诺贝尔发现，这样做的效果十分不理想，硝化甘油渗入黑色火药需要时间，会造成这种混合物的爆炸力时强时弱，性能极不稳定。
所以，诺贝尔决定把硝化甘油作为爆炸物的主体，把黑色火药仅作为引爆的因子。并且，通过对制成的初级“雷管”的研究，他决心找出一种新的东西完全取代黑色火药。
回到斯德哥尔摩，他就一头扑在了实验上。诺贝尔按照自己的想法，进行了一次又一次的实验，否定了一种又一种材料。终于有一次，他发现一种材料与硝化甘油混合，放在罐子里，点燃后扔在水中能产生爆炸。
因此，他想到既然能在水里爆炸，在地面上也一定没有问题。于是，做好一切准备工作，然后，诺贝尔熟练地点燃了导火线，等它燃烧一会儿后，才把他的新“魔盒”扔了出去。然而，过了好大一会儿，它还是没有爆炸。
是怎么回事呢？哪里出了问题吗？诺贝尔下定决心一定要把它弄个明白。
他再次检查他的设计，看不出有什么疏漏之处。他又做了几次试验，仍然失败。
同样的材料配方，同样的装置，在水里能爆炸，为什么在地面上却像泄了气的皮球，变成哑巴了呢？
他反复思考，终于得出结论，原因是火药封得不严。在水里因为隔着空气，把这个缺陷给弥补了，但在地面上，它连玻璃管都未能炸开，又怎能点燃硝化甘油呢？
找到问题的关键后，他立即着手改进。
他把少量的液态硝化甘油装在一个密闭的金属管里，并在这个密闭的金属管中加入了一个装有这种新材料的小木管，再从小木管的盖子上塞入一根导火线，然后用封漆把管子两端都密封得不留一点空隙。
只听“轰”的一声巨响，恰似天崩地裂，实验室内外，浓烟滚滚，屋里一片狼藉，柜子、书架、桌台，全都“飞”上了天。
许多人闻声赶来，惊慌地叫喊：“诺贝尔完了！诺贝尔完了！”
可是，不一会儿，诺贝尔从烟雾弥漫的瓦砾堆中爬了出来。他满身灰尘，鲜血淋漓。大家都担心他的伤势，要他去住院。他却用满是血污的手拍拍破碎的工作服，高兴得热泪盈眶，狂呼：“我成功了！我成功了！”
多少个不眠之夜、多少次失败的记录之后，他终于发现了这种新材料的助燃剂，它是属于水银化合物的雷酸汞，它能代替黑色火药，只要用极少量的雷酸汞装入管中，就足以引发硝化甘油的爆炸。
诺贝尔终于制成了真正以硝化甘油为主的雷管。这在火药史上是继黑色火药之后的又一举世瞩目的伟大成就，因为它的出现使硝化甘油能发挥极强的爆炸力。它被大量地应用于开矿、筑路及武器制造上。
1863年10月14日是一个值得纪念的日子，诺贝尔向瑞典有关部门申请了专利，于是，硝化甘油制品的第一项专利权，在诺贝尔的诞生地——斯德哥尔摩得到批准，专利期10年，专利号是“1261”。
手捧专利证书，诺贝尔感慨万千，这是对他多年来辛苦投入的最好回报，这更是以后漫长的科学之路的一个新的里程碑，这条路的过去有太多的辛酸，将来更会有数不尽的艰难。
专利证书的获取，好比给诺贝尔打了一支强心针、吃了一种兴奋剂，他立即与父亲商量，决心抓住时机，乘胜追击。
“爸爸，让我们携起手来，共同创建一个诺贝尔硝化甘油公司好吗？”
老诺贝尔现在对儿子也是充满了信心，更何况这也正是他自己梦寐以求的。他马上表示支持儿子：“你的想法很好，但到哪儿去弄一大笔资金呢？”
诺贝尔立即离开斯德哥尔摩前往法国，这次他不是去学习，而是四处拜访巴黎的银行家。他反复向那些投资者说明硝化甘油是什么，耐心讲明这个事业是一个能赢利的有伟大远景的事业。但是这些兜里装满金币的家伙就是不愿借钱给他。
不过，天无绝人之路，幸运之神终于向他伸出援助之手。法国皇帝拿破仑二世听说有关诺贝尔发明强力火药的消息后非常感兴趣，为了维护法国当时的欧洲霸主地位，他需要优良的武器弹药。于是他下达命令：“硝化甘油在军事上将有广泛的用途，银行应该贷款给他，帮助他发展这项事业。”
这样，诺贝尔获得了10万法郎的贷款。他愉快地回到斯德哥尔摩，立即与父亲一起动手筹建工厂。
他们在斯德哥尔摩的郊区购买了一幢小小的房屋，添置了简单的设备，雇用了一名化学师和两名工人，开始生产极少量的硝化甘油炸药。这家企业的诞生，标志着诺贝尔一生中作为另一种重要角色——企业家的开始。正是从这里起步，诺贝尔后来建立了他的遍布全世界的炸药工业帝国，使他成为当时首屈一指的工业巨头。
在诺贝尔父子俩的悉心指导与安排下，最简陋的硝化甘油的原料生产在忙碌地进行着。
就在这样不紧不慢的工作中，硝化甘油的制成品一批批地生产出来了。
前来订购硝化甘油的人也越来越多，诺贝尔工厂也在不断扩大生产。
偏偏这个时候，发生了一件令诺贝尔终生遗憾的事故。