После смерти Павлова Московская земледельческая школа и Бутырский хутор несколько раз переживали периоды упадка из-за частой смены директоров. С начала пятидесятых годов положение улучшилось: во главе школы стал видный русский ботаник и лесовод Николай Иванович Анненков (1819–1889).

В августе 1861 года Костычев на попутных подводах прибыл в Москву. Через весь город, дивясь на все, юноша отправился на Смоленский бульвар, где в собственном трехэтажном доме помещалась Земледельческая школа{Здание Московской земледельческой школы сохранилось до нашего времени.}.. По огромной вывеске на фронтоне юноша узнал, что цель его путешествия достигнута. Перед домом был красивый сад, созданный трудом самих учеников под руководством Анненкова. За главным зданием школы виднелись плантации огородных, лекарственных и декоративных растений. Это был один из так называемых акклиматизационных садов Анненкова.

Рядом с «парадным» зданием, где помещались классы, кабинеты, канцелярия и библиотека, стояли два длинных невзрачных дома с небольшими окошечками, выходившими в сад. В этих домах в маленьких низеньких комнатах жили ученики. Здесь они спали и «твердили уроки». За учениками неусыпно следили «дядьки» из отставных унтер-офицеров. По уставу школы полагалось «для присмотра за внутренним порядком, при каждых восьмидесяти учениках, по одному исправному унтер-офицеру». Одна из обязанностей дядек состояла в том, чтобы о проступках учеников доносить не только школьному начальству, но и полиции. Дядьки водили учеников строем в церковь, в столовую, в баню, «приводили в исполнение» приговоры начальства, то-есть секли учеников и сажали их в карцер, а также щедро наделяли их щелчками и тумаками уже по собственной инициативе.

В Земледельческой школе было пять классов. Режим в ней господствовал в полном смысле слова николаевский. На этом строго настаивали чиновники и вельможные руководители Московского общества сельского хозяйства, ведавшие школой и устанавливавшие для нее порядки.

Письмоводитель канцелярии Тимпанский, принимая у Костычева его документы, сразу обратил внимание на этого юношу с черными дерзкими глазами. Тимпанский, бывший ярым сторонником «строгостей», зачитал Павлу из устава школы свой любимый параграф № 37. «Наказание виновных, по мере проступков: быть поставленным на колени; быть лишенным обеда; лишиться прогулки или какого-либо удовольствия; быть посаженным в особое место на хлеб и на воду, а большие проступки наказываются розгами».

Костычев с презрением посмотрел на Тимпанского и сказал, что эти наказания его не пугают, а вести себя он будет так, как того требует устав. Для него самым главным было то, что он добрался до Москвы, будет учиться в этой красивой школе и сможет пойти дальше по пути науки, пути прекрасному и увлекательному, который так неотразимо манит его.

Многие ученики смертельно боялись розог и темного карцера, от постоянных побоев становились тупыми и забитыми. Частые избиения были одной из причин очень низкой успеваемости в школе; много учеников не могли «дотянуть» до конца. По официальным отчетам школы, в некоторые годы около половины учеников оставалось в классе на второй год. Плохая успеваемость учеников школы объяснялась также их слабой подготовкой в уездных училищах.

Костычев успешно выдержал приемные экзамены. И учителя и директор были удивлены. Юноша прекрасно читал и писал. Он не только знал арифметику, но и имел основательную подготовку по геометрии и даже по алгебре, которую в Земледельческой школе вообще не изучали. Павел также хорошо знал географию, историю и даже читал кое-какие книги по сельскому хозяйству. Он был принят в третий класс. Ему отвели койку в спальне, снабдили положенным запасом перьев и выдали форменную куртку.

Начались суровые годы учения.

Жизнь учеников в школе была несладкой не только потому, что их на каждом шагу подстерегали наказания. Было и другое. Прежде всего много тяжелой физической работы. Никаких каникул не было. С 1 сентября по 10 мая шли учебные занятия, а летом, с мая по сентябрь, ученики работали на хуторе не только как практиканты, но и как землекопы, пахари, косари.

Кормили учеников плохо; только ржаной хлеб и квас эконом отпускал в более или менее достаточном количестве. Из этих двух «кушаний» состоял завтрак и ужин учеников.

В уставе школы о питании учеников говорилось: «Пища их состоит: в будни из двух блюд, то-есть щей и каши, а в праздники и в воскресенье прибавляются пироги. В посты едят постное». Впрочем, постное приходилось есть гораздо чаще. На содержание одного ученика в течение года отпускалось «муки ржаной 18 пудов, солоду на квас 20 фунтов», «на прочие припасы… по 4 копейки в день». Несмотря на относительную дешевизну съестных припасов, такая сумма — 4 копейки — была очень мизерной. Поэтому неудивительно, что ученики постоянно были полуголодными и не могли учиться успешно, часто болели. Некоторые из них заболевали чахоткой, и школьному лекарю Алексею Михайловичу Сперанскому было немало работы. Но что он мог сделать? На медикаменты Московское общество сельского хозяйства отпускало ничтожные средства.

Третий класс был «знаменит» большим количеством слабых, неуспевающих учеников. Впрочем, этим он особенно не отличался от других классов школы: за период с 1860 по 1863 год из 150–160 человек выбыло, не окончив курса, 57. Но в школе были и хорошие ученики.

Из учеников третьего класса особенно выделялись своими способностями и знаниями Николай Гудков, Еремей Мальцев и Александр Рубцов. Первый происходил из мещан, двое других были крестьянскими сыновьями. В классе учились и представители привилегированных сословий: ученик Павел Маренич происходил из дворян, три ученика — из богатых купеческих семей, а двое — братья Александр и Владимир Штерны — были иностранными подданными. Все они свысока смотрели на мужицких детей. Успеха же в науках не имели. Первым учеником скоро стал новичок Костычев, за ним тянулись Гудков, ставший другом Павла, Мальцев, Рубцов, Матяшев, Мельников и другие смышленые крестьянские дети. Успехи лучших учеников — Костычева и Гудкова — подтягивали весь класс. В 1864 году, в год окончания ими школы, из этого состава не был исключен за неуспеваемость ни один ученик.

В школе Костычев с глубоким интересом и страстью отдается науке. Он внимательно слушает лекции педагогов, с увлечением работает во время практических занятий в кабинетах и лабораториях, много читает.

Среди предметов, преподававшихся в школе, особенно заинтересовали Костычева физика, химия и естественная история. Чиновники из Министерства просвещения, усердно изгонявшие из гимназий и других средних школ естествознание и насаждавшие там «закон божий», латынь и греческий язык, не один раз пробовали провести такую «реформу» и в Московской земледельческой школе. Павлову и Анненкову много раз приходилось спорить с чиновниками и выходить победителями. Чиновники попадали в затруднительное положение: действительно, не может же школа, готовящая практических деятелей сельского хозяйства, не познакомить их с основами ботаники и зоологии! Для работы с сельскохозяйственными машинами нужно иметь хотя бы самые элементарные знания по механике и физике. Исследование почв и удобрений требует знакомства с химией. Естествознание в учебных планах школы было оставлено. Программы по химии, ботанике, зоологии, составленные еще при участии М. Г. Павлова, в дальнейшем улучшались и дополнялись Н. И. Анненковым и другими лучшими преподавателями школы.

Биология была хорошо поставлена в школе, прежде всего благодаря Н. И. Анненкову. Изучение естествознания захватило Костычева. Он и раньше слышал о микроскопе, но никогда не видел его. Теперь Костычев мог сам пользоваться микроскопом. Перед ним открывался новый мир.