Nel 1811 partì alla volta della Russia dove rimase sei mesi in compagnia del suo servitore, e stendendo un dettagliato resoconto del suo viaggio dal titolo "Lettere Scritte da Pietroburgo Correndo gli Anni 1810 e 1811 dal Marchese Federigo Fagnani", edito poi a Milano in due edizioni, una del 1812 e una del 1815. In quest'opera il Fagnani descrisse alla perfezione la capitale dell'impero russo prima dell'arrivo dei napoleonici nella disastrosa campagna militare dell'inverno del 1812, oltre ad una serie di usi e costumi della popolazione locale, le misure di cura, i luoghi di educazione, il sistema economico, i teatri e gli svaghi. Oltre che come viaggiatore e scrittore, egli stese questo resoconto per il governo napoleonico, riportando nel testo anche considerazioni personali circa il buon governo dello zar in Russia e dimostrando di abbracciare a pieno la concezione di Hobbes, per il quale l'origine del diritto è naturale e l'unico garante del bene dei cittadini e il loro stesso sovrano. Lodando l'operato di Alessandro I di Russia, il Fagnani precisò inoltre come egli stesse operando nel suo buon governo per modernizzare lo stato e per fare ciò si avvalesse di specialisti e giureconsulti provenienti dalla Germania, pur mantenendo un'assoluta autocrazia nel suo governo.