Neste período participou do Congresso de Estatística de São Petersburgo de 1872 como um dos vice-presidentes da Comissão Permanente, e no mesmo ano recebeu o título de barão de Porto Seguro, sendo elevado a visconde dois anos mais tarde. Foi um dos vice-presidentes do júri da Exposição Universal de Viena de 1873. Em 1877 publicou a segunda edição da "História Geral", e empreendeu viagem ao interior de Goiás com objetivo de explorar a região entre as lagoas Formosa, Feia e Mestre d'Armas próximas da atual cidade de Formosa. Varnhagen defendia a interiorização da capital do Brasil e havia realizado estudos cartográficos acerca do Planalto Central. Faleceu em 29 de junho de 1878 em Viena, aos 62 anos, sendo sepultado em Santiago do Chile. Parte de sua biblioteca foi adquirida pelo bibliófilo José Mindlin, que era membro da Academia Brasileira de Letras.