Принимая участие в судьбе Ульянова и желая со своей стороны подать способы к усовершенствованию его способностей и познаний, я осмеливаюсь покорнейше просить Ваше Превосходительство, если можно будет, о помещении ученика Ульянова стипендиатом в Казанский университет...».
Однако рекомендательного письма, способностей и желания для принятия в университет было недостаточно. Прежде всего, Илье пришлось хлопотать перед мещанским сословием Астрахани, чтобы его выписали из податного сословия и предоставили увольнительное свидетельство с обязательством общества принять на себя платеж и отправление рекрутской повинности. Обязательство оплачивать подати взяла на себя мать Ильи, Анна Алексеевна: «платеж за мещанина Илью Ульянова податей и прочих повинностей впредь до исключения его из мещанского общества обязалась производить бездоимочно мать Ульянова вдова мещанка Анна Алексеевна». Однако городскую думу обязательство матери не устроило, и она потребовала, чтобы мещанское общество взяло платеж податей на себя. Городской голова не надеялся, что Анна Алексеевна сможет своевременно платить за сына подати. «Да и больна очень». Началась переписка между городской думой и астраханским мещанским обществом. После взятия дополнительного обязательства по выплате подати Василием Николаевичем астраханская городская дума выдала Илье Ульянову отпускное свидетельство, но вместе с тем сообщила, что он может считаться уволенным лишь до новой переписи лиц «податного сословия». Администрацию университета это не удовлетворяло, и зачисление Ильи Николаевича в университет состоялось 30 сентября 1850 года лишь условно. Переписка между астраханской думой и Казанским университетом по этому поводу длилась многие месяцы. Лишь 3 февраля 1851 года Илья Ульянов был утвержден в числе студентов. Василий исправно выплачивал все подати, включая налог за рекрутскую повинность, в мещанское общество. В рекрутском списке мещан Астрахани, «отправляющих рекрутскую повинность натурою» в 1851 году, на странице 290-й значится «Василий Николаев Ульянов, его брат Илья». В рекрутском списке 1854 года записаны Василий и Илья. Хотя и есть приписка: «Василия Ульянова брат Илья уволен обществом в 1850 году в Императорский Казанский университет для обучения наук, где и теперь находится».
«Податное состояние» мещанина не позволяло Илье претендовать на бесплатное обучение и получение стипендии. На ходатайство директора Астраханской гимназии последовал ответ попечителя Казанского учебного округа, в котором указывалось, что стипендии имеют целью «облегчить лишь чиновникам способы к воспитанию детей. Но для приема Ульянова, принадлежащего к мещанскому сословию, в число стипендиатов нет достаточного основания» При поддержке Василия Николаевича Илья пишет прошение на имя ректора И.М. Симонова предоставить ему возможность пройти полный курс обучения за свой счет. «Желая для окончательного своего образования выслушать полный курс наук в Императорском Казанском университете по математическому факультету, осмеливаюсь утруждать Ваше Превосходительство покорнейшей просьбою о принятии меня в число своекоштных студентов, по выдержанию мною установленного для поступления в университет экзамена»
На прошение Ильи Ульянова директор дал указание зачислить Илью Ульянова в университет на свой кошт. Илья Николаевич сдал экзамены блестяще и сразу же стал подыскивать себе работу домашнего учителя, чтобы частными уроками добывать средства на свое пропитание. Василий Николаевич нес бремя и исправно оплачивал все необходимые расходы за обучение. В первую очередь это говорит о том, что у него было достаточно средств и содержать большую семью, и себя, и обучение. А, во-вторых, говорит о бесконечной вере старшего брата в способности младшего, о его готовности к отречению от благ для себя ради одной великой мечты. Василием можно только восхищаться. При всяком удобном случае Василий Николаевич посылал в Казань деньги и с нетерпением ожидал вестей от студента.
К несчастью в семье Марии, старшей сестры, произошла беда, ее муж, Николай Захарович, осенью 1853 попал в жестокий шторм, сильно простудился и умер от горячки в возрасте 39 лет. Вдова, Мария Николаевна, продолжала воспитывать сирот: двух пасынков и двух родных сыновей, Ивана и Степана. Жила она в небольшом деревянном домике. Он стоил всего двадцать рублей. В налоговой раскладочной ведомости за 1872 год было записано, что «дом вдовы Марии Горшковой по малоценности налогу не подлежит». Василию вновь пришлось изыскивать средства, чтобы оказывать помощь и семье своей сестры. По сути дела на его иждивении находилось восемь человек. Ему было уже 34 года, и пора было заводить свою семью, но не было у него ни сил, не времени, ни средств на нее. Он откладывал и откладывал этот шаг, надеясь на наступление лучших времен.
В Казанском университете среди дисциплин видное место занимала математика. Кумиром казанских студентов был Николай Иванович Лобачевский (1793—1856), знаменитый математик, создатель неэвклидовой геометрии, мыслитель и материалист. В Казанском университете он был магистром, профессором с 25-летнего возраста, деканом факультета и ректором. В 1854 году Ульянов окончил университет, получив степень кандидата математических наук за предоставленную им письменную работу на тему «О способе Ольберса и его применение к определению орбиты кометы Клинкерфюса».
Однако кандидат математических наук Ульянов все еще числился в официальных бумагах мещанином. Ульянову как выходцу из мещан необходимо было получить свидетельство Астраханской казенной палаты об исключении его из мещанского сословия. Последовала переписка с Астраханским мещанским обществом. В ноябре 1854 года пришло свидетельство: «Астраханского мещанина Илью Николаевича Ульянова, окончившего в Казанском университете курс наук и уволенного обществом с обязательством платить за него все подати и повинности до 10-й ревизии, исключить из астраханских мещан с начала будущего 1855 года и о том предписать городской думе и уездному казначейству». И только тогда попечитель учебного округа утвердил представление совета университета о выпуске И. Н. Ульянова со степенью кандидата. 13 декабря ректор и декан подписали кандидатский диплом.
7 мая 1855 года Илья Николаевич, уже выдержавший необходимые обязательные экзамены на звание старшего преподавателя, был назначен в пензенский Дворянский институт. 31 мая 1855 года Лобачевский уведомил пензенского директора, что «кандидат Казанского университета Илья Ульянов, получив из канцелярии попечителя подорожную по казенной надобности, отправился к месту служения 28 сего мая». Илья Николаевич Ульянов с 1855 по 1863 годы служил старшим преподавателем физики и математики в Пензенском дворянском институте. Кроме того, по указанию Н.И. Лобачевского он проводил постоянные метеорологические наблюдения, заведовал фундаментальной библиотекой и вел уроки в воскресной школе. В эти годы Илья Николаевич написал работы «О грозе и громоотводах», «О пользе метеорологических наблюдений и некоторые выводы из них для Пензы». В Пензе он жил на квартире у своего близкого друга - учителя В.И.Захарова, у которого в то время проживали также воспитанники Пензенской гимназии Н.А.Ишутин и Д.В.Каракозов.
В отчете «О состоянии института» за 1858 год, в числе четырех учителей, упоминается И. Н. Ульянов, как выделившийся по способностям и успехам в преподавании. Кроме того, в том же 1858 году он получил за «усердие в преподавании» денежную награду в 150 рублей. Ревизией сенатора Сафонова в 1859 году И. Н. Ульянов отмечен за отличное ведение своего дела.
Летом 1861 года в Пензу прибыл новый инспектор института Иван Дмитриевич Веретенников. Поселился он с семьей, как и его предшественники, в служебной квартире на первом этаже. Держался просто и сердечно. Он познакомил коллег с женой, Анной Александровной Бланк, женщиной общительной и жизнерадостной. Она увлекалась литературой, писала стихи, хорошо знала немецкий и французский языки, свободно читала по-английски. Сестру в Пензе навестила младшая сестра Мария Александровна. К Веретенниковым зачистили молодые педагоги. В ноябре 1861 года Мария Бланк, потомственная дворянка, познакомилась с учителем физики и математики Ильей Николаевичем Ульяновым. В 1861-1862 годах Мария Бланк неоднократно бывала в Пензе. Весной 1863 года состоялась помолвка Марии и Ильи.
