W 1855 r. zmarł car Mikołaj I dzięki czemu Sierakowski został objęty amnestią. W konsekwencji w lutym 1856 r. awansowany został na stopień chorążego i przeniesiony do rezerwowego batalionu Pułku Brzeskiego, który stacjonował w Jekaterynosławiu. Następnie Sierakowski złożył wniosek o przyjęcie do Nikołajewskiej Akademii Sztabu Generalnego w Petersburgu, popierając go zaświadczeniem o trzyletnich studiach uniwersyteckich, opinii gen. Burncauda o umiejętnościach z zakresu inżynierii wojskowej, topografii i kartografii oraz znajomości sześciu języków obcych. W trakcie studiów nawiązał kontakty m.in. z Nikołajem Czernyszewskim i Nikołajem Niekrasowem oraz zaczął pisać w redagowanym przez nich piśmie „Sowriemiennik”. W 1857 r. Zygmunt Sierakowski założył w Petersburgu kolejne konspiracyjne koło integrujące środowisko polskie, które początkowo prowadziło półlegalną działalność samokształceniową. Z niego to, w 1859 r., wyrosło tajne Koło Oficerów Polskich. W połowie 1859 r. ukończył ze złotym medalem Akademię Sztabu Generalnego w Petersburgu uzyskując awans na porucznika i skierowanie do Wydziału Statystycznego Sztabu Generalnego. W maju 1860 r. został wyznaczony do reprezentowania armii rosyjskiej na Międzynarodowym Kongresie Statystycznym w Londynie.