В 1866 г. от имени Крестовоздвиженской общины сестёр милосердия Санкт-Петербурга Н.Л. Зайцев издал «Русский православный календарь», в который вошли статьи религиозно-нравственного и научного содержания в популярном изложении. «Календарь...» выходил в 1866–1867 гг. Вскоре состояние здоровья Н.Л. Зайцева улучшилось, 23 февраля 1867 г. его назначили бакалавром в Киевскую духовную академию. Перед отъездом в Киев Н.Л. Зайцев женился. С сентября 1867 г. преподавал французский язык, с 1869 г. – нравственное богословие. 16 января 1868 г. стал секретарём академической конференции Киевской духовной академии, 15 октября 1868 г. получил звание экстраординарного профессора. 15 августа 1869 г. с введением нового устава и штата в академии был уволен с должности секретаря конференции и преподавателя французского языка (преподавателями должны были стать носители языка), но оставлен экстраординарным профессором педагогики и нравственного богословия. Принимал участие в редактировании и издании академического журнала «Воскресное чтение». В 1871 г. болезнь Н.Л. Зайцева приняла настолько тяжёлую форму, что 18 мая 1871 г. он был уволен по собственному прошению и вернулся в Калугу, в дом матери (отец умер 21 ноября 1867 г.). Современники отмечали прекрасные нравственные качества Н.Л. Зайцева, привлекавшие к нему многочисленных друзей и почитателей, особенно среди молодёжи. Умирая, он составил сочинение «Мои желания на случай смерти» (брошюра в 24 страницы с пометкой «Из Киевской Губ. типографии»), в котором Н.Л. Зайцев определил цель своей научной деятельности: «Делать, что можно полезного, как бы ни тесна была область возможного... делать с серьёзною мыслию и искренним стремлением к доброй цели». Завещал, чтобы похороны прошли просто, без излишних хлопот и печали, просил пригласить на поминки несколько учеников, с которыми «он проводил иногда минуты – одни из лучших в целой жизни моей, без преувеличения». Н.Л. Зайцев пожертвовал в библиотеку Калужской духовно семинарии 118 томов из своей библиотеки. Н.Л. Зайцев изучал протестантское богословие, переводил сочинения с английского, немецкого, французского языков; под его руководством занимались переводами и его ученики. Издал переводы Вольтера, Томаса Гоббса, которые были уничтожены до поступления в продажу и являются библиографической редкостью. В его переработке опубликованы переводы Эдуарда Целлера, Мальтби (Молтби), Александра фон Эттингена. Н.Л. Зайцев обратил особое внимание на вопросы начального воспитания и образования учащихся, привлёк и переосмыслил опыт российских и зарубежных предшественников, издал «Руководство к начальному обучению для учителей народных школ». При составлении пособия использовал сочинения В. Куртмана, Памфила Даниловича Юркевича, Томаса Браума, Х.Д.Ф. Палмера. Н.Л. Зайцев написал очерки по библейской археологии, переработанные им в «Пособие к изъяснению Священного Писания». Содержание пособия остаётся актуальным и в настоящее время. 8 января 1872 г. Н.Л. Зайцев был похоронен в Калуге, место захоронения исследователям неизвестно.