De retour à Paris, il passe sa thèse de doctorat, De febre adeno-nevrosa seu de peste orientali, travail sur la peste d’Orient qu’il lui vaut d’être présenté aux concours pour les prix décennaux.
Mais Pouqueville renonce néanmoins à pratiquer la médecine pour s’adonner à son goût pour la littérature et l’archéologie.
Son premier ouvrage, Voyage en Morée et à Constantinople, dédicacé à l'Empereur et publié en 1805 lui vaut d’être nommé consul général auprès d’Ali Pacha à Janina. Sa connaissance de la région et des langues locales faisait de lui l’agent diplomatique idéal pour Napoléon Ier et son ministre Talleyrand. Pouqueville accepte le poste qui lui permettrait aussi de continuer ses recherches sur la Grèce.
Il est initialement favorablement accueilli par le célèbre pacha, qu’il accompagne dans plusieurs de ses excursions et qui lui fournit les moyens d’explorer l’Albanie dont il était originaire.
Pour un temps, il se lie avec l'agent diplomatique britannique Leake avec lequel il entreprend des voyages d'études archéologiques dans la Grèce. Ensemble ils y relèvent de nombreux sites antiques jusque là oubliés ou même inconnus.
Son statut diplomatique permet aussi à Pouqueville ou son frère Hugues d'explorer l'ensemble de la Grèce jusqu'à la Macédoine et la Thrace. Il continue à tenir un journal contenant le précis de ses observations et découvertes effectuées au cours d'un très grand nombre d'explorations couvrant toute la Grèce et les Balkans et entreprises durant ses quinze années de mission diplomatique à Janina et à Patras. Ainsi, rejoint par son frère Hugues nommé consul en Grèce en 1811, il recherche et répertorie les traces de non moins de soixante-cinq villes de l'Antiquité dans la seule région de l'Épire.
En 1813, il fait la découverte à Actium d'une stèle de pierre portant des inscriptions acarnaniennes qu'il déchiffre. Il s'avère que cette stèle datait de l'époque de l'apparition en Grèce des légions romaines (-197) et que son inscription était un décret du sénat et du peuple d'Acarnanie proclamant les frères Publius et Lucius Acilius comme étant leurs amis et bienfaiteurs.
Dès 1805, la cour d'Ali Pacha à Janina est en proie à d'intenses tractations diplomatiques entre les diverses puissances européennes, encouragées par le pacha lui-même, et Pouqueville est, durant des années, l'objet d'acerbes et méprisantes critiques de la part des visiteurs anglais tels que Lord Byron avec Hobhouse, et Cockerell, alors qu'ils se laissent volontiers corrompre par les mœurs dépravés de la cour de Janina tandis que Pouqueville fait preuve, au contraire, de rectitude et de fermeté envers Ali Pacha. En outre, le renom littéraire et politique que Pouqueville s'est acquis avec le succès international de son premier livre, dédié à Napoléon 1er, et faisant de lui dès 1805 le précurseur du mouvement philhellène naissant est évidemment une cause de ressentiment pour les Anglais. Le distingué Révérend Thomas S. Hughes quant à lui trouve
— Rev. T.S. Hughes, Travels in Greece and Albania, London, 1830
Mais après la paix de Tilsitt en 1807, Ali Pacha, jusque-là assez favorable aux intérêts de la France, se rapproche de l’Angleterre. Les prises de position résolument philhellènes de Pouqueville et son opposition constante aux méthodes criminelles d'Ali rendent sa mission diplomatique progressivement très difficile. Ayant sauvé les Grecs de Parga des hordes meurtrières d'Ali en consolidant leur défense par l'envoi de troupes françaises, ce qui rend le pacha fou de rage, il passe alors à Janina plusieurs années dans une situation complexe, moitié ami, moitié prisonnier du pacha, et sa vie étant menacée, il doit parfois vivre confiné dans sa maison. Chaque fois qu’il a une démarche officielle à faire auprès du pacha, il doit en charger son frère Hugues, lui-même consul de France à Prévéza, puis à Arta, et également témoin horrifié des atrocités commises par Ali dans toute l'Épire.
Dans ses mémoires, François Pouqueville arrive à cette conclusion : « C'était de cette manière que les Turcs, à force d'excès, préparaient et fomentaient l'insurrection de la Grèce. »
En 1816, François Pouqueville quitte Janina pour Patras où il est nommé consul.
Ali Pacha est disgracié et se révolte ouvertement en 1820, cette guerre favorisant les débuts de la révolution grecque en mobilisant les troupes ottomanes en Épire; Ali est finalement exécuté en 1822, sa tête étant rapportée au sultan.
Avec une remarquable préscience due à sa parfaite connaissance de la région et de ses populations, François Pouqueville prédit ainsi les troubles récurrents qui secoueront les Balkans au cours de l'Histoire :
« Je dirai comment Ali Tebelen Véli Zadé, après s'être créé une de ces effrayantes réputations qui retentiront dans l'avenir, est tombé de la puissance, en léguant à l'Épire, sa patrie, l'héritage funeste de l'anarchie, des maux incalculables à la dynastie tartare d'Ottman, l'espérance de la liberté aux Grecs, et peut-être de long sujets de discorde à l'Europe. »
— Histoire de la régénération de la Grèce, tome I, chap. 1er.
En 1816, après la chute de l'Empire, François Pouqueville quitte Janina et, malgré ses sentiments pro-Bonapartistes avoués, est nommé consul à Patras, suivi par son frère Hugues qui lui succède à ce poste en 1821.
À Patras, les frères Pouqueville entreprennent de développer encore davantage leurs relations avec le mouvement de la rébellion grecque. Celui-ci culmine avec la déclaration de la guerre d'indépendance grecque le 25 mars 1821 dans la chapelle d’Agios Georgios de Patras.
Contrairement au consul Green du Royaume-Uni, qui refuse d’aider les Grecs et collabore avec les Turcs, le consul Hugues Pouqueville donne refuge aux réfugiés grecs dans la résidence consulaire de France alors que la répression turque fait rage. Il sauve aussi la vie de ses employés turcs en leur ménageant leur évasion. Ses écrits rapportèrent plus tard ces évènements et l’étendue des destructions qu’il qualifia d’horribles. Dans ses mémoires, le chancelier Pasquier (1767-1862) rapporta :
« Tous les Grecs qui n'avaient pu s'enfuir furent impitoyablement massacrés, sans distinction de sexe ni d'âge. Il n'y eut d'épargnés que quelques malheureux qui trouvèrent un asile dans la maison du consul de France, M. Pouqueville. Il les sauva au péril de sa vie. Ce fut le premier exemple du courageux dévouement avec lequel les consuls français ont rempli leurs devoirs.... »
Finalement, les légations qui avaient été favorables à la révolte durent être évacuées et Pouqueville est rapatrié en France.
Ayant pris une retraite bien méritéeFrançois Pouqueville se consacre désormais entièrement à l'écriture de ses nombreux ouvrages. La bataille de Navarin, le 20 octobre 1827, scelle la fin des 360 ans d’occupation turque de la Grèce, et, en 1828, les forces armées françaises expulsent la garnison turque qui demeurait embusquée dans la citadelle de Patras.
C'est sur ce rivage de Navarin que Pouqueville avait été jeté quelques trente ans auparavant, et où il fit ses tout premiers pas sur le sol de la Grèce.
Quant au pirate Orouchs qui l'avait alors saisi, il se mit peu après au service d'Ali Pacha, à qui il avait livré entre autres Charbonnel et Bessières, mais fut ensuite étranglé sur son ordre suite à ses échecs.