邓廷桢的赐还放归，触动了林则徐的思归之情。
不久，文冲也获释入关归养。“天涯同是伤心侣，目送归鸿泪满巾”。林则徐望着入关的人群，心潮起伏，不能自已。
1843年11月30日，张际亮客死北京，林则徐对这位力主禁烟抗英、不断寄书伊犁传递消息的知己之死，写下《哭张亨甫》一诗，表示深切的悼念：
尺素频从万里贻，吟成感事不胜悲。
谁知绝塞开缄日，正是京门易篑时！
狂态次心偏纵酒，鬼才长吉悔攻诗。
修文定写平生志，犹诉苍苍塞漏卮。
1844年5月28日，王鼎暴卒。林则徐回想往事，悲恸万分，作挽联云：
各位显韩城，叹鞅掌终劳，未及平泉娱几杖。
追随思汴水，感抚膺惜别，还从绝塞恸人琴。
国事日非，林则徐的心情更加沉重。门生戴絅孙先后来过几封信，附赠诗作多首。“穷荒无与共赏”，林则徐每每情不自禁地拿出来独自诵吟，又痛楚地放下。
林则徐到伊犁后，一直处在病中。但他并未气馁，认定“虽毡庐雪窖，心安亦可为家！”他借助带来的几车书籍，“摊残帙于打头屋里”， 研读文史，特别是新疆的边防史地。致力于研讨新疆的历史地理沿革。
在祖国西陲边塞读史，林则徐具有和往昔不同的亲切感。同时，他还研究屯田备边的历史经验，着重了解清代在新疆屯田的情况。
1843年9月，林则徐从邸抄中获悉，前河南粮道淡春台因招募眷民100户赴巴尔楚克屯田，道光帝于7月20日下旨赏给六品顶戴，准予释回，觉得这是他为西陲屯田戍边效力的可行办法。林则徐经过深思熟虑，主动地向布彦泰提出捐办阿齐乌苏垦地的要求，得到布的采纳。这年冬天，林则徐组织当地民众，开始阿齐乌苏废地的初垦。
一年多来，林则徐的病体并未见复原，他抱病捐办阿齐乌苏垦地，认修龙口工程，充分体现他关切边疆开发事业的爱国热忱。这年冬天，原来特派履勘南疆各城垦地的伊犁参赞大臣达洪阿引疾开缺，恰好布彦泰报林则徐等捐办阿齐乌苏垦地完竣的奏折到京，道光帝遂下旨命布彦泰传谕林则徐赴南路阿克苏、乌什、和阗周勘。能够得到为西陲备边防边贡献余力的机会，林则徐“实为梦想不到”，使命是艰巨的，“事体既属繁重，道路又复绵长”，但林则徐毫不犹豫，决心“短衣携得西凉笛，吹彻龙沙万里秋”。
途经乌鲁木齐期间，林则徐接到关内及伊犁等地友人的来信，使他了解到许多近事。对战败赔款，朝廷经费拮据，深感忧愤。下面这首诗，表示他对当时的银贵钱贱趋势的加剧深切关注：
漫将羞涩笑羁臣，此日中原正患贫。
鸿集未闻安草泽，鹃声疑复到天津。
纷看绢树登华毂，恐少缁流度羽巾。
海外蚨飞长不返，问谁夜气识金银？
3月下旬，林则徐会同全庆首先查勘了库车的垦地，至6月，“已将六城地亩完行勘完， 陆续呈请将军具奏”，便沿着先前来南疆的路线回头向库车进发。
7月8日，林则徐到布古，与全庆会勘喀喇沙尔垦地后，便折赴吐鲁番听候谕旨。9月接旨，命续勘伊拉里克垦地。10月1日，自吐鲁番至托克逊，6日前往查勘伊拉里克续修水渠工程。他先后亲历查勘的八城垦地，达68.97万亩， 行程3万余里。10月底，他又续奉谕旨，会同全庆前往哈密查勘塔尔纳沁垦地。在勘垦过程中，林则徐目睹沿途大部分地区得不到开发，曾经十分痛惜地感叹说：南八城如一律照苏松兴修水利，广种稻田，美利不减东南。
勘垦之外，林则徐还为边疆人民做了一些好事。
比如在产棉地区倡导使用纺车，把内地汉族人民的纺纱技术向少数民族推广，这对边疆一些落后地区改进棉纺生产是有积极意义的。
林则徐周勘天山南北各城垦地，虽然和削职之后在广州“协办夷务”、 在浙江镇海军营及东河祥符工地“效力赎罪”一样，无权列衔上奏，但他仍以认真求实的态度，默默无闻地实干着。
这个时候，清朝统治集团的对外投降活动，以签订一系列不平等条约成了定局，投降派人物也一个接一个地重新起用。为了缓和与抵抗派的矛盾，1845年10月29日，道光帝同意释放林则徐，回京以四五品京堂候补。
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