Открытие гимназии в Царском Селе широко праздновали 8 сентября 1870 года. День был выбран не случайно — в память дня рождения безвременно почившего в Бозе Цесаревича Николая Александровича. На открытие гимназии прибыл сам Государь Император Александр Николаевич в сопровождении Цесаревича Александра Александровича и Великого князя Владимира Александровича. Царскую семью сопровождали Великие князья Константин Николаевич и Николай Константинович, также министры и приближенные двора. Праздник открытия состоялся в городской ратуше, богато убранной цветами. Певчие пели «Царю Небесный». После освящения гимназии в одном из ее залов была помещена памятная доска из белого мрамора с надписью: «Его Императорское Величество Государь Император Александр II соизволил осчастливить своим присутствием освящение и открытие Царскосельской мужской Николаевской гимназии 8-го сентября 1870 года». 6 сентября того же года Император разрешил гимназистам в память Императора Николая I и Цесаревича Николая Александровича носить на шапках царский вензель «Н».
29 октября 1872 года в гимназии освятили церковь во имя Рождества Пресвятой Богородицы. В 1874 году в гимназии был открыт седьмой класс, а через год — восьмой.
27 мая 1881 года директор гимназии И. Н. Пискарев отправил новому Императору письмо с просьбой не оставить вниманием их учебное заведение, которое прежде опекал Государь Александр II, злодейски убитый заговорщиками. Александр III тут же прислал письмо: «Я с удовольствием оставляю Николаевскую гимназию под своим покровительством, тем более что она — память моего покойного брата». Новый Император не только сохранил наименование Николаевская, но и добавил наименование Императорская.
И. Н. Пискарев, руководивший гимназией семнадцать лет, умер 3 ноября 1887 года, в тот год, когда Гумилёвы перебрались в Царское Село. Его место занял инспектор 1-й Санкт-Петербургской гимназии Л. А. Георгиевский, который через четыре года открыл при гимназии пансион на шестьдесят человек во вновь надстроенном для этой цели помещении. Для пансионеров вводились уроки фехтования и игры на рояле. К 1893 году гимназия стала одним из элитарных учебных заведений России, где учились дети известных государственных деятелей. Программа обучения была насыщенной и напряженной. Коля скоро почувствовал недомогание, усилились головные боли, и отец вынужден был обратиться к своим старым друзьям и опытным врачам Квицинскому и Даничу. После консилиума и родительского совета решено было мальчика из гимназии забрать, но подготовку продолжить в домашних условиях. Для занятий пригласили студента-математика Б. И. Газалова.
