Характерной чертой третьего периода развития русской агрономии стало зарождение опытного дела в современных его формах и применение экспериментального , метода к изучению вопросов сельского хозяйства. Известны первые научно поставленные опыты с удобрениями, проводившиеся в 1867—1869 гг. под руководством Д. И. Менделеева. С 1881 г. начало работать опытное поле Ново-Александрийского института (П. В. Будрин). А. Е. Зайкевич организовал сеть опытных полей Харьковского общества сельского хозяйства: в ряде южных губерний с 1881 по 1903 г. работало 37 полей. Эти работы выявили значение улучшенных сортов сахарной свеклы и зерновых культур, роль фосфорного удобрения на черноземе, преимущественно рядкового удобрения. С 1885 г. начались известные опыты А. Н. Энгельгардта в Смоленской губернии, показавшие возможность широкого использования фосфорита на подзолистых почвах. В 1884 г. организуется первое постоянное опытное поле — Полтавское. Оно развернуло широкую программу исследований по обработке и удобрению почвы, предшественникам, культуре люцерны, сортам зерновых культур и др.
Их результаты оказали большое влияние на разработку вопросов земледелия во всей стране.
В 80-х годах начал работы ряд научных учреждений: Кавказская шелководственная станция, Немерчанская станция и Деребчинское поле в Подольской губернии, Херсонское опытное поле (Ф. Б. Яновчик), Богородицкое поле в Курской губернии (И. А. Пульман) и др. В планах этих опытных учреждений стояло изучение естественноисторических условий сельского хозяйства, обработки паров, применения удобрений, агротехники полевых культур, главным образом зерновых и сахарной свеклы.
С 70-х годов началось и использование вегетационного метода, введенного в практику русских опытных учреждений К. А. Тимирязевым. Уже в 1872 г. он построил первый в России вегетационный домик в Петровской академии, а с 90-х годов метод почвенных, песчаных и водных культур стал широко применяться в исследованиях по физиологии растений, их питания и в работах по исследованию минеральных удобрений (П. С. Коссович, Д. Н. Прянишников).
Для описываемого периода характерно начало децентрализации научных агрономических исследований. Широкое развитие они получили на юге, главным образом на Украине. Заметный вклад в общий поток опытнополевой работы внесла и деятельность передовых хозяйств: И. А. Стебута, И. Н. Шатилова, П. И. Левицкого в Тульской губернии, А. Н. Энгельгардта в Смоленской губернии, Д. И. Менделеева в Московской губернии, ряда свеклосахарных хозяйств в Курской, Воронежской и украинских губерниях. Большую роль в развитии научной агрономии и укреплении ее связей с естественными науками играли всероссийские сельскохозяйственные съезды в Петербурге, Киеве, Москве, Харькове, Одессе, международные конгрессы ботаников, садоводов, съезды табаководов, хлопководов, энтомологов и др., наконец съезды естествоиспытателей и врачей, которые с 1889 г. имели отдельную агрономическую секцию.
