En Égypte, après la première bataille d’Aboukir en 1798, Kléber le charge de négocier l’échange des prisonniers avec Nelson. C'est l'occasion pour François Pouqueville de rencontrer quelques grandes figures de l'amirauté britannique. Il apprécie tout de suite le commodore Sidney Smith qui s'exprime fort bien en français et fait montre de courtoisie, de noblesse et d'humanité. À l'inverse, sa rencontre avec Nelson le répugne, tant l'amiral anglais fait preuve de cruauté et de bassesse dans ses relations avec les officiers français. Dès cet instant, Pouqueville ne mentionne plus Nelson que sous l'épithète de "cyclope sanguinaire". Par contre, il montre toujours un grand respect pour Sidney Smith, même si plus tard le frère aîné de celui-ci se conduit abjectement envers les Français prisonniers à Constantinople.
Sa mission accomplie, et victime d’une mauvaise fièvre qui l’empêche de continuer ses travaux scientifiques, François Pouqueville se voit conseiller par Kléber de retourner en France pour se faire soigner. Il embarque pour l’Italie le 26 octobre 1798 sur la tartane livournaise La Madonna di Montenegro, en compagnie entre autres de Julien Bessières, Alexandre Gérard, Joseph Charbonnel et Jean Poitevin. Le navire est arraisonné par des pirates barbaresques au large de la Calabre et il est fait prisonnier. Le groupe de Français est rapidement séparé suite à l'apparition d'une frégate venue capturer les pirates; Pouqueville reste sur la tartane tandis qu'une partie de ses compagnons, dont Bessières, est emmenée par le chef des pirates, Orouchs, sur son navire. Il en retrouvera certains par la suite à Constantinople. Lui et ses compagnons convainquent le capitaine de les emmener à Zante au lieu de Tripoli, port d'attache des pirates, mais l'équipage s'en aperçoit et change de cap, se dirigeant vers les côtes du Péloponnèse; une tempête cause alors des avaries au navire. Manquant de vivres et menacé d'une nouvelle tempête, le navire se réfugie dans la baie de Navarin, où il est arraisonné par les Turcs.
Conduit à Navarin le 1er décembre 1798, il est ensuite emmené à Tripolitza, capitale du Péloponnèse, et livré au pacha Moustapha, gouverneur de Morée (Péloponnèse). L'empire ottoman étant en guerre avec la France, il y reste prisonnier plusieurs mois. Moustapha Pacha le reçoit avec indifférence mais le protège de la hargne des soldats albanais qui l'avaient brutalement escorté depuis Navarin, et il le fait héberger décemment.
Peu après, le pacha est déposé et remplacé par Achmet Pacha. Ce dernier, ayant appris que Francois Pouqueville connaissait la médecine, le traite avec quelques égards et, après l'avoir vu soigner avec succès quelques membres de son entourage, le désigne comme médecin officiel de son pachalik. Pouqueville profite de sa situation pour explorer les régions environnantes en examinant les vestiges de la Grèce antique qu'il peut reconnaître.
Il séjourne à Tripolitza pendant le rigoureux hiver de 1798-99.
Au printemps, le sultan ordonne qu'il soit transféré avec ses co-détenus par voie de mer à Constantinople où il est interné le 11 juin 1799 au château des Sept Tours (forteresse de Yedikule). Il y est détenu pendant deux ans.
Pouqueville rapporte que s'y trouvaient les membres de l'ambassade de France, vivant dans des conditions abjectes, le sultan leur ayant refusé, sur l'insistance des représentants anglais à sa cour, de rester sur parole comme c'est l'usage dans le monde diplomatique, dans le palais de l'ambassade française que les Anglais s'étaient eux-mêmes appropriés.
Il se porte aussitôt au chevet de l'adjudant-général Rose, enfermé là mourant, mais qu'il ne peut sauver. C'était l'ancien représentant de la France en Épire et victime de la perfidie d'Ali Pacha de Janina dont il avait pourtant épousé une des protégées. Quelques années plus tard, il est remplacé à Janina par Pouqueville lui-même.
À Constantinople, François Pouqueville se lie avec le chargé d'affaires français Pierre Ruffin, retenu prisonnier là depuis l’expédition d’Égypte, qu'il soigne et qu’il surnomme le Nestor de l’Orient et auprès duquel il complète sa formation d’orientaliste. Les deux hommes continuent de correspondre après leur libération jusqu’à la mort de Ruffin en 1824.
Jouissant bientôt d'une semi-liberté de mouvements car sa renommée de médecin s'était vite répandue chez ses geôliers, Pouqueville parvient à visiter secrètement les alentours de la forteresse et, notamment, les jardins privés du sultan au palais de Topkapi, et même son harem, grâce à la complicité du jardinier du sultan dont il s'était fait un ami.
À Constantinople, Pouqueville entreprend d’étudier le grec moderne sous la tutelle de Daniel Kieffer, secrétaire de la légation. Il traduit Anacréon, Homère et Hippocrate, compose plusieurs apologues orientaux comme Le Paria, un petit poème burlesque, La Gueuséide, en quatre chants et en sixains, et quelques poésies légères, dédiées à Rose Ruffin.
Pendant toute sa captivité, il continue de tenir un journal composé selon un code secret qu'il avait imaginé et qu'il réussit à dissimuler en attirant ostensiblement l'attention de ses geôliers sur d'autres lettres et pages griffonnées sans valeur qu'il leur laissait confisquer. Ce fut ce journal occulte qui lui permit d'écrire les quelques six-cents pages des premier et second volume du livre important qu'il publia quelques années après son retour en France et qui le rendit célèbre, les trois cents pages du troisième volume étant consacrées aux étonnantes aventures vécues par ses amis et compagnons d'infortune, messieurs Poitevin (futur baron, général), Charbonnel (futur général) et Bessières (futur consul général) après leur libération des cachots de Constantinople.
Au début de sa découverte de la Grèce en 1798, étant lui-même l'otage de l'occupant turc, François Pouqueville jette un regard incertain sur les Grecs qu'il rencontre dans l'entourage de ses gardiens. Tout comme Lord Byron, une autre célébrité philhellène, il n'est pas immédiatement convaincu de la sincérité des Grecs. Mais, avec le temps, son travail de médecin du pachalik fait que son escorte turque devient moins contraignante et ses fréquents contacts avec d'authentiques Grecs lui ouvrent les yeux sur l'existence de leur riche passé culturel. En dépit de plus de sept générations de suppression par l'occupation ottomane, l'identité sociale des Grecs avait survécu et Pouqueville ressent une sympathie grandissante pour les signes avant-coureurs du mouvement de la régénération grecque.
Son statut de prisonnier du Sultan ne lui permet pas à ce moment d'agir plus qu'il ne peut le faire en donnant ses soins médicaux à la population oppressée, mais ses écrits montrent clairement son éveil et son soutien à une nouvelle disposition intellectuelle et émotionnelle envers les Grecs.
Dès lors, ses descriptions enthousiastes de la Grèce sont les premiers témoignages à l'orée du XIXe siècle du mouvement philhellène naissant. Son impulsion va s'élargissant dans toute l'Europe avec la publication et la distribution internationale de ses ouvrages qui créent un courant parmi les plus grands esprits de l'époque pour suivre ses traces dans la Grèce retrouvée. Sa renaissance s'en suit au cours de quelques décennies avec sa révolte et sa libération conjuguées avec le morcellement de l'Empire Ottoman.
Le 24 juillet 1801, après avoir passé vingt-cinq mois confiné au château des Sept Tours, Pouqueville est libéré sur la réclamation du gouvernement français et avec l'assistance des diplomates russes en Turquie, et il revient en France.