Наказание Момбелли было заменено на 15 лет каторги. Работал, прикованный к тачке, на Александровском сереброплавильном заводе, где здоровье Момбелли было подорвано. По коронационному манифесту Александра II в 1856 году был освобождён и уехал в Оренбург. В следующем году получил разрешение вступить рядовым в Апшеронский полк, принимавший участие в Кавказской войне. В 1859 году Момбелли участвовал в штурме Гуниба. В 1860-х годах в чине прапорщика работал на штабной должности в Темир-Хан-Шуре, столице Дагестанской области. В тамошней относительно либеральной атмосфере чувствовал себя довольно комфортно, покупал литературу, в том числе запрещённую. Его взгляды со времён кружков немного смягчились, стал сторонником конституционной монархии. Получил репутацию «ходячей добродетели» и пользовался всеобщим уважением, от начальника области Меликова до местных жителей-горцев. В 1870-х годах поддерживал контакт с петрашевцем Фёдором Достоевским, бывал в Петербурге. Ушёл в отставку в звании майора, умер во Владикавказе в преклонном возрасте.