Константин Иванович строго требовал, чтобы прокуроры направляли ему донесения о всех совершенных преступных деяниях, «выходящих из ряда обыкновенных». Поэтому Министерство юстиции при нем всегда располагало обширной информацией о наиболее опасных преступлениях, произошедших в империи, и могло руководить деятельностью по их расследованию с момента возбуждения уголовного преследования. Граф пристально наблюдал за расследованием преступлений, представлявших повышенный общественный интерес. При нем, по мнению А. Ф. Кони, «исполнение служебного долга, невзирая на лица, одинаково понималось всеми судебными деятелями от министра юстиции до судебного следователя».
По инициативе графа Палена, например, было возбуждено уголовное дело в отношении известного миллионера, купца 1-й гильдии С. Т. Овсянникова. Однажды министр, проезжая по Петербургу, обратил внимание на пожар — горела паровая мельница, расположенная на Измайловском проспекте. Он был поражен грандиозностью картины пожара. Вызвав к себе прокурора окружного суда А. Ф. Кони, граф Пален потребовал разобраться в этом происшествии. В тот же день прокурор получил донесение полиции, в котором сообщалось, что признаков поджога не оказалось. Кони столь лаконичное сообщение не удовлетворило, и он поручил своему заместителю А. А. Маркову выехать на место и провести дознание. Тот уже к вечеру привез убедительные факты, подтверждающие умышленный характер поджога. Вскоре следствие установило, что его организатором был сам хозяин мельницы С. Т. Овсянников. Виновных осудили. Это дело явилось, по словам А. Ф. Кони, «настоящим торжеством нового суда».
Министерство графа Палена совпало с подъемом новой волны революционного движения в России. По Судебным уставам 1864 года дела о государственных преступлениях должны были производиться «общим порядком уголовного судопроизводства», с соблюдением некоторых особенных правил. В частности, судебное преследование возлагалось на прокуроров, а предварительное следствие — на членов судебных палат. Дела рассматривались, как правило, уголовными департаментами этих палат. Однако уже первые политические процессы, проведенные по таким нормам, не удовлетворили власти. Поэтому срочно готовились изменения в законах. Активную роль здесь играл министр юстиции. Именно по его инициативе чувствительные удары были нанесены вначале по дознанию, которое отобрали у полиции, затем по предварительному следствию, которое становилось не обязательным, а потом и по суду.
После же «Процесса нечаевцев», слушавшегося в Санкт-Петербургской судебной палате с участием сословных представителей, когда из 79 человек преданных суду, 42 были оправданы, министру юстиции пришлось срочно разрабатывать упрощенную процедуру по политическим делам. В июне 1872 года было Высочайше учреждено для этих целей Особое Присутствие Правительствующего сената.
По сведениям советского исследователя Н. А. Троицкого, после образования Особого Присутствия с 1873 по 1878 год (за первые пять лет) из 52 политических процессов в нем рассмотрено 37, и лишь 15 — в других судах.
Сосредоточение почти всех дел о государственных преступлениях в Сенате имело и свои существенные недостатки: необходимо было доставлять в столицу обвиняемых и свидетелей, что увеличивало расходы казны и замедляло судопроизводство. Поэтому спустя шесть лет, по предложению графа Палена, все дела, не подлежавшие рассмотрению военными судами
(полномочия которых были расширены), вновь передавались в судебные палаты, что и было подтверждено законом от 9 мая 1878 года. Этот закон, кстати, еще более ограничивал гласность суда, что вызвало резкую негативную реакцию всех прогрессивных юристов России. В Особом Присутствии Правительствующего сената дел уже рассматривалось мало.
30 мая 1878 года Константина Ивановича ожидал тяжелый удар — он был уволен с должности министра юстиции (с оставлением членом Государственного совета и статс-секретарем). В порядке компенсации государь «пожаловал» ему чин действительного тайного советника. Подоплекой отставки стало оправдание Санкт-Петербургским окружным судом В. И. Засулич, стрелявшей в столичного градоначальника.
Первое время после отставки К. И. Пален очень переживал случившееся, но вскоре освоился и стал участвовать в работе различных комитетов и комиссий, активно выступал в Государственном совете, в 1885 году даже временно председательствовал в Комитете министров, но былого влияния на государственные дела он уже не оказывал. Бывший министр юстиции в конце века подолгу жил в своем имении в Курляндской губернии, где его не раз избирали почетным мировым судьей. Спокойная, размеренная жизнь, изменила его в лучшую сторону. Он стал мягче, либеральнее.