В 1867 году он был командирован в Париж на всемирную выставку; он был назначен комиссаром русского художественного отдела. По возвращении из Парижа, Филимонов был назначен помощником директора Оружейной палаты. В то же время он оставался и в Румянцевском музее, где в 1869 году стал хранителем отделения древностей. Вскоре он выделил три подотделения: доисторическое, древнехристианское и русское.