Напряжённая политическая обстановка в Европе помешала исполнению задуманного плана. Но Давид Гримм добил разрешения выехать на Кавказ и в Закавказье. В течение года знакомится там с церквями и соборами Грузии и Армении, занимается их измерением, делает зарисовки, чертежи. По возвращении из поездки по Закавказью, на основании отчёта о проделанной работе, командирован Академией художеств в Западную Европу для изучения опыта строительства церквей в Голландии, Англии, Испании. Через Малую Азию переезжает в Грецию. Древнегреческие храмы поражают его утончённой пропорциональностью. И он упорно ищет утерянные правила этой пропорциональности, изучая фундаментальные сооружения разных веков и народностей. Ещё не зная, куда приведут его поиски, он подсознательно чувствует, что в этом труде его предназначение.
Отчёты Давида Ивановича из-за рубежа в Петербургскую Академию художеств свидетельствуют о его целеустремлённости, трудолюбии и силе духа. Он прибывает в Италию, которая с неимоверной силой влечёт его монументальными памятниками византийской старины, посещает там множество храмов. На некоторое время поселяется в Риме, где продолжает изучение теории пропорциональности. Ту же миссию выполняет в Германии, Бельгии, Англии.
В 1855-ом году Давид Гримм возвращается в Петербург. За проделанную работу ему присваивают звание академика архитектуры и обеспечивают средствами на два года для приведения в порядок записей по наблюдениям, сделанным на Кавказе. Над темой зодчества Закавказья он работает до 1863 года, создаёт научный труд под названием «Памятники византийской архитектуры в Грузии и Армении», единственное издание по данной теме, которое до сих пор считается непревзойдённым.
В 1856-ом году Давид Иванович выбран руководителем при составлении архитектурных проектов в строительном училище ведомства путей сообщения и публичных зданий. А с 1859 года читает лекции в Академии художеств по предмету «Архитектура как наука».
Академик и тайный советник
Проект храма Св. Владимира в Херсонесе был заказан по желанию императрицы Марии Александровны в 1859-ом году и построен немного выше разрушенного храма, в котором, по преданию, состоялось крещение Св. Владимира. За этот проект Давид Иванович Гримм получил звание профессора Императорской Академии наук и назначен одним из руководителей по составлению архитектурных проектов. С этого времени начинается его долгая, вплоть до 1892-го года, академическая деятельность, которую ему мастерски удаётся совмещать с практической осуществлением многих гениальных проектов.
В 1862-ом году Давид Иванович Гримм вступает в состав технического комитета Главного инженерного управления военного ведомства и трудится в нём тридцать пять лет. В том же году составляет проект православной церкви для Женевы, в 1865-ом для Нью-Йорка. После смерти наследника Николая Александровича, в 1866-ом году, Давид Иванович создаёт проект часовни в русском стиле в Ницце. Лично руководит работами. Строение, выполненное из песчаника без штукатурки, до сих пор считается непревзойдённым по изяществу и качеству исполнения.
В 1868-ом году Давид Гримм признан в потомственном дворянском достоинстве и получил личный герб. В 1881-ом году по его проекту возведена православная церковь в Копенгагене. В 1887-ом усыпальница великих князей при Петропавловском соборе в Санкт-Петербурге.
В 1888-ом году освящён храм Святой Марии Магдалины в Иерусалиме. После посещения Палестины сыновья императрицы Марии Александровны, Сергей и Павел, задумали поставить храм в память о матери. Александр III велел купить землю на склоне Елеонской горы и утвердить автором проекта архитектора Давида Гримма. И тот оправдал надежды императорской семьи воздвиг гениальный памятник архитектуры, ставший визитной карточкой России в Иерусалиме. Храм был построен в так называемом новорусском стиле, характерном для царствования Александра III. Семиглавая миниатюрная с московскими маковками и кокошниками органично вписалась в ландшафт. За это великолепное сооружение Д. И. Гримм получил должность ректора архитектуры в Академии художеств, которую занимал до 1992-го года. Потом стал почётным ректором Академии.
За выдающиеся заслуги Давид Гримм возведён в тайные советники. На протяжении многих лет творческого труда он награждён высшими орденами империи Св. Владимира, Св. Анны, Св. Станислава.