С момента основания академии ее ректор Железнов привлек к научно-педагогической работе крупных отечественных ученых и специалистов. Существенный вклад в становление нового сельскохозяйственного вуза внесли: химик П. А. Ильенков, ботаник Н. Н. Кауфман, агроном И. А. Стебут и другие.
Иван Александрович Стебут
В 1870 году известный садовод Р. И. Шредер посадил дендрологический сад, а спустя несколько лет и лиственничную аллею. В 1872 году благодаря усилиям К. А. Тимирязева в академии была построена опытная станция физиологического типа (вегетационный домик) и организована метеорологическая обсерватория.
Памятник Рихарду Ивановичу Шредеру
Согласно штату Петровской земледельческой и лесной академии, учебный процесс обеспечивали 11 ординарных и 7 экстраординарных профессоров. Все они состояли членами Совета вуза, который возглавлял ректор. В компетенцию Совета академии входили следующие вопросы: распределение предметов обучения между преподавателями, распоряжение финансовыми средствами, назначение стипендий слушателям, присуждение ученых степеней и наград за решение задач, разрешение посторонним лицам читать лекции в вузе, рассмотрение представляемых профессорами и преподавателями программ их лекций и практических занятий, утверждение отчетов о работе вуза за очередной год и другие.
Профессора обладали как минимум степенью магистра Петровской академии или одного из российских университетов. Штатные ординарные профессора академии имели V классный чин Табели о рангах, а экстраординарные VI. Годовой оклад ректора составлял 5000 рублей, ординарного профессора 2700, а экстраординарного 1800 рублей. Указанные лица являлись государственными чиновниками и имели ряд существенных льгот. Например, им предусматривалась пенсия в следующих размерах: ординарному профессору 1500 рублей, а экстраординарному 1000 рублей в год (за 25 лет службы в академии).
Преподаватели стремились выполнить свою работу как можно лучше, сделать занятия глубокими по содержанию и доходчивыми по форме изложения. Слушателей старших курсов привлекали к научным исследованиям, конкурсам. Первая конкурсная работа касалась физиологии растений. Перед слушателями была поставлена задача изучения анатомических и физиологических особенностей хвойных и лиственных деревьев, растущих в парке академии.
Вскоре проявились недостатки первого устава академии. Подверглась сомнению целесообразность трехлетней продолжительности курсов, значительное число слушателей не проходило полного академического курса. Складывалось мнение, что Петровская академия была не высшим учебным заведением, а сельскохозяйственным лекторием. Отсутствовали учебные планы по годам и полугодиям, не было переводных экзаменов с курса на курс, были слушатели, а не студенты. За период с 1865 по 1872 год в Петровской академии обучалось 1034 слушателя, однако полный курс завершили лишь 36 человек, из них 12 сельскохозяйственное и 24 лесное отделение. 998 человек не окончили полного курса. Один дипломированный выпускник служил лесничим, а остальные девять человек работали в сельскохозяйственной сфере (пятеро преподавали в профильных учебных заведениях, а четверо управляли имениями). 184 студента изучили только интересовавшие их предметы и стали работать в сельскохозяйственном секторе экономики без диплома. Важно отметить, что из числа бывших студентов периода 18651872 годов. 58 человек стали управляющими имениями, 45 вели собственное хозяйство, а 43 состояли на государственной службе, связанной с сельским хозяйством.
Министерство государственных имуществ сочло такие результаты деятельности академии недостаточными, что привело к ее реорганизации в 1872 году. Несколько месяцев действовали Временные правила, а 16 июня 1873 года император Александр II утвердил новый устав Петровской земледельческой и лесной академии. В новом уставе говорилось: «Петровская земледельческая и лесная академия есть высшее учебное заведение, имеющее целью дать молодым людям научное образование по сельскому хозяйству и лесоводству». В учебный процесс вводились сдача переводных и выпускных экзаменов, требовалось обязательное посещение занятий. Учащихся стали именовать не слушателями, как ранее, а студентами. Срок обучения увеличивался с трех до четырех лет. В академии вводилась должность декана. Первым деканом стал Василий Тарасович Собичевский, прослуживший в академии 16 лет.
По императорскому указу годовой бюджет академии превысил 145 тысяч рублей, а срок обучения студентов был увеличен до четырех лет. В Петровскую академию стали принимать выпускников классических гимназий и реальных училищ, а также лиц с высшим образованием. За период с 1872 по 1887 год резко выросли основные качественные показатели деятельности Петровской академии. Так, из 264 студентов, обучавшихся в эти годы, полноценное высшее сельскохозяйственное образование получили 210 человек (79,6%). Еще выше были итоговые показатели по лесному отделению вуза, из 314 его студентов полный курс обучения завершили 285 человек (87,7%). Самый важный итог работы Петровской земледельческой и лесной академии в 7080-е годы XIX века заключался в том, что 78,3% ее выпускников по сельскохозяйственному отделу и 96,9% по лесному работали в Российской империи по полученной специальности.
30 мая 1889 года Петровская земледельческая и лесная академия была преобразована в Сельскохозяйственную академию, с увеличением государственных расходов на ее содержание до 177590 рублей в год. Выпускникам Петровской сельскохозяйственной академии стали присваивать звания агрономов 1 и 2 разрядов или ученую степень магистра сельскохозяйственных наук. При вступлении этих лиц в государственную службу они утверждались императором соответственно в чинах X, XII и IX классов Табели о рангах.
Утвержденное одновременно Положение о Петровской сельскохозяйственной академии было выдержано в духе Общего устава императорских российских университетов 1884 года с учетом практики его действия в последующий период. В 1890 году утвердили Устав, который уточнил и конкретизировал упомянутое Положение. Наиболее существенным моментом новых документов следует признать требование об обязательной сельскохозяйственной практике для младших курсов с 1 июня до 1 сентября. Время с 1 мая до 1 октября у студентов третьего курса отводилось на практические занятия в вузе, а у студентов четвертого курса для практики в частных хозяйствах.
Переход на новое обучение, сообразованное с Положением 1890 года, реализовать так и не удалось. Прокатившиеся по стране студенческие волнения затронули и студентов Петровской академии, прием новых студентов был прекращен. В том же 1890 году последовало негласное распоряжение о закрытии академии. В январе 1894 года состоялось последнее заседание Совета академии, на котором В. Р. Вильямс защитил магистерскую диссертацию на тему «Опыт исследования в области механического анализа почв» 1 февраля 1894 года Петровская академия была закрыта.
В 1894 году на базе академии был создан Московский сельскохозяйственный институт закрытый вуз, предназначенный в основном для детей помещиков с оплатой за обучение по 400 рублей в год. В институте работали два отделения: сельскохозяйственное для подготовки агрономов и сельскохозяйственно-инженерное для подготовки инженеров-агрономов. Из четырех лет обучения два года отводились на общеобразовательные предметы, а остальные приходились на практические занятия по специальности.