Находясь на службе в Академии наук, Железнов должен был, помимо научных исследований, выполнять еще и другие работы, связанные со званием сначала адъюнкта, а затем экстраординарного академика. Надо было принимать участие в заседаниях Физико-математического отделения Академии, в ее общих собраниях, выступать на них с различного рода сообщениями, информациями о ходе своих научных изысканий, писать отзывы на поступающие в Академию книги и рукописи по ботанике.

С особой внимательностью относился он к рассмотрению трудов, представляемых в Академию на соискание Демидовских премий.

В 1858 г. в Петербурге было основано Российское общество садоводства, и Железнов был избран его первым президентом.

В эти годы он избирается членом ряда научных обществ как у себя на родине, так и за ее пределами: в феврале 1857 г. — действительным членом Комитета акклиматизации при Московском обществе сельского хозяйства; в апреле 1857 г.— членом Королевского ботанического общества в Регенсбурге; в мае 1860 г. становится почетным членом Королевского общества сельского хозяйства и ботаники в Генте.

Помимо большой научной работы, академик занимался еще и кипучей общественной деятельностью. Он принимал самое живое и непосредственное участие в подготовке крестьянской реформы 1861 г.

Некоторое же время спустя известный ученый был все-таки назначен в Новгородский губернский комитет, но уже в официальном порядке, как член от правительства. 16 сентября 1858 г. комитет начал свою работу,

В апреле 1859 г. Железнов возвратился в Петербург и приступил к исполнению обязанностей члена-эксперта редакционных комиссий, вошел в их хозяйственное отделение. В 1861 г. в жизни Н. И. Железнова произошло значительное событие. Летом этого года он получил приглашение Министерства государственных имуществ занять пост директора намечаемого к открытию близ Москвы высшего сельскохозяйственного учебного заведения — Петровской земледельческой и лесной академии (ныне одно из крупнейших научных и учебных учреждений нашей страны — Московской сельскохозяйственной ордена Ленина академии им. К. А. Тимирязева). В июле 1861 г., после долгих раздумий, он сообщил Министертву о своем согласии занять пост директора. В результате последовало распоряжение о назначении Железнова директором Петровской земледельческой и лесной академии с сохранением звания академика Петербургской академии наук. Приняв новую должность, ученый вынужден был временно оставить свои научные исследования и всецело погрузиться в работу по организации Академии. Под его началом оказался большой штат служащих.

На протяжении четырех лет шла активная работа по организации, реконструкции и строительству учебного заведения, одновременно разрабатывался первый Устав.

По замыслу Железнова и ряда передовых деятелей того времени Петровскую академию следовало сделать совершенно особым, отличным от других учебным заведением, вполне открытым для всех желающих учиться. Не должно было существовать ни вступительных, ни переходных экзаменов, двери ее должны были быть широко открыты для всех старых и молодых, желающих приобрести знания по различным отраслям сельского хозяйства. Эта идея и нашла отражение в первом уставе Петровской академии. Цель Академии Устав охарактеризовал следующим образом: распространение в России сведений по сельскому хозяйству и лесоводству, что это заведение, открытое для лиц всех сословий, имеющее право выдавать дипломы на ученые степени кандидата и магистра сельского хозяйства и лесоводства.

Курс преподавания в Академии был рассчитан на три года. Однако каждому предоставлялось право оставаться слушателем Академии неопределенное время. Посещение лекций могло быть воспрещено по определению Совета, конечно, при достаточных к тому основаниях.

В число преподаваемых в Академии предметов входили следующие: сельское хозяйство, общее и частное скотоводство, ветеринарные науки, сельское строительство и инженерное искусство, политическая экономия, лесоводство, технология сельскохозяйственных и лесных производств, практическая механика, низшая геодезия, химия, физика и метеорология, ботаника, зоология, минералогия и геогнозия, богословие.

Уставом было определено, что Академия состоит в ведении Министерства государственных имуществ.

Непосредственное же управление вверено директору, при содействии специально созданного Совета и хозяйственного комитета.

Многообразны были обязанности директора Академии: наблюдение за успешным ходом всех занятий в Академии, за точным и своевременным исполнением всех постановлений Министерства государственных имуществ, производство ревизий отдельным учреждениям при Академии, составление годовых отчетов о состоянии и действии Академии и т. д. Директор мог, если хотел, безвозмездно читать какой-либо предмет или его часть.

Учебный год, согласно Уставу, начинался с 1 сентября и распределялся на два полугодия: осеннее и весеннее: первое — с 1 сентября по 15 декабря; второе — с 15 января по 1 июля.

В 1865 г., когда до открытия еще оставалось несколько месяцев, Академия начала получать приглашения для принятия участия в различных международных выставках, съездах, торжественных юбилеях. Было получено приглашение от Вольного экономического общества, готовящегося отметить 31 октября 1865 г. свою столетнюю годовщину. Петровская академия была приглашена принять участие и во всемирной Парижской выставке 1867 г. Было решено экспонировать на этой выставке собрание гончарных изделий, некоторые произведения полеводства, собрание образцов почв и альбом фотографических снимков Академии.

3 декабря 1865 г. состоялось открытие Петровки.

В течение 1866 г. были утверждены Министерством государственных имуществ составленные Советом Академии правила для слушателей.

Круг административных обязанностей Железнова постепенно расширялся. Он должен был не только следить за благоустройством Академии и организацией учебных занятий, но и за устройством быта слушателей, за их дисциплиной.

Много усилий приложил Железнов к сплочению преподавателей Академии в дружный, творческий коллектив, заботился об укреплении его новыми квалифицированными кадрами, если какая-либо из кафедр оказывалась вакантной.

Пример Железнова и других наиболее сильных профессоров Академии — Ильенкова, Стебута и др., отдававших все свои силы и знания новой сельскохозяйственной школе, ободряюще действовал и на остальных педагогов. На заседаниях Совета в течение первых семи лет существования Академии постоянно обсуждались вопросы учебного и научного характера. Каждый из профессоров стремился поставить дело преподавания своего предмета как можно лучше, сделать его глубоким по содержанию и доходчивым по форме изложения. Сам Железнов некоторое время читал курс физиологии растений.

Любовь к науке, передовые общественные взгляды, живая мысль и инициатива, горячая заинтересованность в успехе столь важного дела, каким считалась тогда подготовка агрономических кадров для страны, только что освободившейся от крепостного ярма, — все это характерные черты тогдашнего состава профессоров Петровской академии.

К слушателям Петровской академии Железнов был всегда внимателен и защищал их интересы. Но по долгу службы ему приходилось иногда прибегать и к административным мерам, например, исключать из Академии слушателей, нарушивших правила, лишать неуспевающих стипендий и пр. Прежде чем применить одну из этих мер, Железнов основательно разбирался во всех подробностях дела, а затем предоставлял окончательное решение совету.

К 1 января 1868 г. в Академии состояло 410 слушателей и учебные дела шли вполне успешно, несмотря на различные стеснительные мероприятия, которые в противовес Уставу стали периодически вводиться Правительством еще в 1866 г. В связи с ограничениями в приеме число обучающихся в Академии к началу 1872 г. значительно снизилось, хотя наплыв абитуриентов был по-прежнему велик.

29 июня 1868 г. в торжественной обстановке состоялся первый годичный акт Академии. Железнов выступил на нем с речью, в которой осветил историю создания Академии и итоги первых лет ее работы. Ничто не предвещало кардинальных перемен. Однако в апреле 1869 г. директор неожиданно подал заявление на имя Министра Государственных имуществ с просьбой уволить его из Академии. 17 мая об этом событии было объявлено на заседании Совета, и Железнов навсегда распрощался с Петровской академией, которой он отдал восемь лет упорного труда. Основной причиной ухода Железнова из Академии явилось, по-видимому, его недовольство теми вынужденными порядками, которые приходилось вводить в Академии по настоянию Правительства, а также разногласия в стане преподавателей по этому вопросу. Европейский стиль руководства, который был присущ Железнову, вступил в противоречие с традиционным русским стилем, непониманием со стороны профессуры, а м.б. и простой человеческой завистью.

Н.И.Железнов оставил Петровку и вместе с ней Москву, вернулся в Петербург и обратился вновь к своему любимому делу — научно-исследовательской работе в области физиологии растений.

После ухода из Петровской земледельческой и лесной академии для Железнова началась относительно спокойная жизнь. Свободный от различных административных дел и обязанностей, он мог, наконец, все свое внимание направить на научную работу.

В августе 1869 г. ученый принял участие в работе проходившего тогда в Москве Второго съезда русских естествоиспытателей и на одном из заседаний его ботанической секции выступил с интересным докладом, посвященным анатомическому строению древесины саксаула. Несколько раньше, в мае 1869 г., он был назначен членом Совета Министра государственных имуществ, и сразу же включился в работу Биологического отдела Академии наук. Именно в это время Академию наук порицали за исключенную из тематики исследований разработку систематики растений и за забвение других разделов ботаники — анатомии, эмбриологии, морфологии и физиологии растений.