Не принимая участия в активной политике, А.А. Котляревский продолжал печататься в «Книжном вестнике», журнале «Основа», помогал Алексею Андреевичу Хованскому в издании «Филологических записок» в Воронеже: высылал свои статьи, редактировал программу журнала; состоял в переписке с Измаилом Ивановичем Срезневским и Аристом Аристовичем Куником, которые старались поддержать его и устроить его судьбу. И.И. Срезневский советовал А.А. Котляревскому скорее писать магистерскую и докторскую диссертации. Основные силы А.А. Котляревский сосредоточил на научной работе, в том числе археологии. Заручившись поддержкой графа Алексея Сергеевича Уварова, А.А. Котляревский включился в работу по подготовке основания Московского археологического общества. А.А. Котляревский, а также М.П. Погодин, Ф.И. Буслаев, Иван Егорович Забелин и Александр Николаевич Афанасьев фактически определили идейно-методологическую основу Московского археологического общества, суть которой была представлена теоретическими установками его председателя А.С. Уварова – первого русского учёного, создавшего развёрнутую систему общетеоретических положений в археологии. А.А. Котляревский активно участвовал в предварительных заседаниях и совещаниях Московского археологического общества, готовил его устав. 4 октября 1864 г. на втором официальном заседании общества А.А. Котляревский вместе с Ф.И. Буслаевым, О.М. Бодянским, А.Н. Афанасьевым и М.П. Погодиным был принят в действительные члены общества, 27 октября 1864 г. избран товарищем секретаря Московского археологического общества (обязанности которого выполнял профессор Московского университета Карл Карлович Герц) и членом редакционного совета вместе с А.Н. Афанасьевым и Николаем Васильевичем Калачовым; 15 мая 1866 г. назначен на должность библиотекаря общества. Всю жизнь, начиная со студенчества, А.А. Котляревский собирал книги. После его смерти собранная им многотомная библиотека была выкуплена Московским историческим музеем (в настоящее время составляет часть фонда Государственной публичной исторической библиотеки). А.А. Котляревский активно участвовал в разработке принципов организации первого Археологического съезда (прошёл в Москве в 1869 г.). Кроме подготовки издания «Древности: Труды Московского археологического общества» А.А. Котляревский выступил с предложением выпускать одновременно ежемесячный «Археологический вестник», в задачи которого входило бы укрепление научных связей Московского археологического общества с другими научными центрами и особенно с теми, что находились в российской провинции. А.А. Котляревский нашёл деньги для его издания и стал его редактором. 13 марта 1865 г. А.А. Котляревский был принят в члены Общества любителей российской словесности, в деятельности которого принимал самое активное участие: был секретарём общества и членом редакционных комитетов. Состоял также членом Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии Московского университета.