Из всего сказанного видно, какими богатыми коллекциями обладал Бот. Сад к концу своего второго периода, т.е. в 1863 г., когда явилась потребность в совершенном преобразовании Сада. Число лиц, занимавшихся научной ботаникой, не соответствовало размеру занятий и объему коллекции, а так же в хозяйственном отношении Сад пришел в ветхость; явилась необходимость в постройке и обновлении оранжерей, жилых и хозяйственных строений, в приведении в порядок парка, огорода и т.д.
24 поля 1863 г. высочайшим указом повелено было передать Императорский Ботанический сад из ведомства министерства двора в ведение министерства государственных имуществ; далее, продолжая наименоваться Императорским, состоят под покровительством и попечением его Императорского высочества великого князя Николая Николаевича и иметь постоянные сношения с Императорской академией наук и научно-практическими ботаническими заведениями Империи для достижения существенной цели Бот. сада – развития его сообразно требованиям науки и в применении ее к практическому садоводству. Поступив в министерство государственных имуществ, Сад еще некоторое время удерживал прежний штат; только 8 ноября 1866 года был утвержден в виде опыта на три года новый штат, и вместе с тем пожалованы Саду особые «Правила для действий Императорского С.Петербургского Бот. Сада и управления им». По новому штату, окончательно утвержденному 17 марта 1870 г., число научных деятелей Сада было увеличено, но при этом общая штатная сумма осталась та же, что в 1843 г., с прибавлением к ней только дополнительных сумм, выданных до 1863 г., и состояла из 60903 р. сер.
Вскоре после поступления Сада в ведение министерства государственных имуществ управление им было временно поручено Рудольфу Эрнестовичу Траутфеттеру, утвержденному в 1864 г. в звании заведующего Садом, а в 1866 г., согласно положению нового штата, директором.
Научные занятия, принявшие большие размеры, требовали специалистов, для чего вместо прежнего директора по научной и садовой части, были основаны три должности главных ботаников, занятые: Эдуардом Людвиговичем Регелем, Сергеем Матвеевичем Розановым, скончавшимся в 1870 г., и Карлом Ивановичем Максимовичем. В 1870 г. утвержден в должности младшего консерватора при музее и лаборатории Александр Федорович Баталин. Далее, был учрежден при саде особый совет для обсуждения дел по ученой и технической части. Членами совета, кроме директора и главных ботаников, были назначены: попечителем и покровителем Сада – Николай Антонович Скалон, а от Императорской академии наук – Франп. Иванович Рупрехт и Карл Иванович Максимович.
Еще одно из важных преобразований в управлении Сада состояло в том, что с этого времени стали нанимать только вольных садовников, а не принадлежащих к придворно-служительскому званию, как то было раньше. С увеличением и развитием пособий возрастала также и научная деятельность Сада. Хотя, как мы знаем, с 1864 г. Сад не был в состоянии отправлять на свои средства путешественников, тем не менее коллекции живых растении, а главное гербарии доставлялись лицами, путешествовавшими по поручению других ученых обществ и бравшими на себя труд собирать коллекции и для Ботанического сада.
Так, А. К. Беккер, проживая в Сарепте, ежегодно предпринимал путешествия в Приволжские степи, Дагестан, Туркмению и др. страны. С 1869 г. Бот. сад начал получать коллекции от известного путешественника по Америке – Венедикта Рецля. Николай Алексеевич Северцов – начальник Туркестанской экспедиции, доставил Саду значительное количество растений и семян. Также Николай Михайлович Пржевальский, отправившись в 1871 г. в Монголию, предложил Бот. Саду свои услуги для собирания ему семян и растений. Много еще и других лиц работало на пользу Б. Сада. В 1873 г. Б. Сад семейным образом отпраздновал 50-летнюю годовщину своего существования. Научные коллекции Б. Сада находились в то время в столь хорошем состоянии, что он мог принять участие в Венской всемирной выставке, куда в качестве эксперта по садоводству был послан главный ботаник Э. Л. Регель. В следующие годы Бот. Сад участвовал во всех выставках садоводства, на которых получал неоднократно похвальные листы и медали.
В 1875 г. произошла важная перемена в личном составе Сада: директор Сада, тайный советник Е. Р. Траутфеттер, по расстроенному здоровью и согласно прошению, был уволен от службы; место его занял главный ботаник Сада Э. Л. Регель. В следующем году в апреле месяце скончался старший консерватор П. П. Глен, должность которого в 1877 г. была занята младшим консерватором И. Ф. Шмальгаузеном; а младший консерватор А. Ф. Баталин перемещен на должность главного ботаника Сада.
Для испытания всхода семян и определения годности их, 15 декабря 1877 г., по почину А. Ф. Баталина, при биологической лаборатории была открыта станция, куда всякий желающий за определенную плату мог приносить семена дли исследования их.