We wrześniu 1831 wziął udział w obronie Warszawy, a po kapitulacji miasta wraz ze swoim oddziałem ruszyli w kierunku granicy pruskiej, którą przekroczyli z początkiem października, kończąc swój udział w powstaniu.
Emigracja Po rozbrojeniu oddziałów i odbyciu kwarantanny Bystrzonowski został przez Prusaków ulokowany, najprawdopodobniej wraz z innymi polskimi oficerami, na zamku w Malborku. Tam prędko stał się, obok Józefa Bema, jednym z głównych propagatorów idei emigracji wśród żołnierzy i oficerów. W 1832, okrężną drogą przez Drezno, Monachium i Szwajcarię, udał się na emigrację do Francji. Jesienią 1832 dotarł do Awinionu, który stanowił czasowe centrum emigracji polskiej wyznaczone przez Francuzów. Po około miesiącu postanowił opuścić miasto i udał się do francuskiego Algieru. W 1833 wyruszył w podróż do Egiptu i na Bliski Wschód. W jej trakcie zwiedził m.in. Gizę, Luksor, Palmyrę i Jerozolimę. W Aleksandrii nabył egipską mumię, którą wysłał do Krakowa jako dar dla Uniwersytetu Jagiellońskiego. Był to początek okresu ciągłych podróży, głównie po krajach basenu Morza Śródziemnego, który trwał łącznie około trzech lat.