Научная деятельность Ильминского в Оренбурге, результатом которой, в частности, стал первый казахско-русский словарь, не осталась незамеченной. Когда в 1861 г. Казанскому университету удалось восстановить кафедру турецкой словесности, он пригласил Ильминского занять эту должность, которую ученый занимал до 1872 г. Преподавательская нагрузка была небольшой, поскольку ему редко удавалось привлечь много студентов, а временами ни один из них не осмеливался браться за столь сложный предмет, но параллельно ученый без устали, хотя и безуспешно, боролся за восстановление преподавания востоковедения в полном объеме. После двух лет его работы в университете уже Академия позвала его на место полного профессора взамен ушедшего на пенсию Саблукова. Избегая ввязываться заново в противомусульманскую полемику, Ильминский согласился вернуться при условии, что будет работать на полставки на младшей должности и заниматься только преподаванием языка. По договоренности с ректором вторую часть зарплаты Ильминского отдали недавнему выпускнику Евфимию Малову, взятому преподавателем искусства полемики.
Несмотря на занятость одновременно в университете и Академии, карьера Ильминского повернула в более практическое русло. В 1864 г. Василий Тимофеев, убежденный кряшен, помогавший ему переводить христианские тексты на татарский язык, привез нескольких мальчиков из своей деревни и начал обучать их на дому. Ильминский увидел в этом знак настоящей жизни и приложил много усилий, чтобы способствовать успеху предприятия Тимофеева. Из этого скромного начинания выросла целая сеть сельских начальных школ для кряшен и других национальных меньшинств, к концу века насчитывавшая более 300 заведений584
. Финансируемые в основном за счет благотворителей эти школы в целом следовали методике, разработанной Ильминским за три года работы в Оренбурге.По методике, широко известной как система Ильминского (хотя сам Николай Иванович скромно называл ее «система святителя Гурия» по имени первого архиепископа Казанского), школы обучали нерусских детей основам христианского учения на их родном разговорном языке. У системы Ильминского нашлись свои противники. Во-первых, некоторые чиновники от образования, которые возмущались вторжением на их, педагогическую, территорию. Во-вторых, русские националисты, стремившиеся навязать русский язык всем национальным меньшинствам. В то же время у нее были и влиятельные сторонники в высших консервативных кругах, включая двух обер-прокуроров Священного синода – графа Дмитрия Толстого и Константина Победоносцева. Эта поддержка была тем более примечательна, что происходила в атмосфере усиливавшейся русификации. Когда в 1864 г. по итогам второго большого Польского восстания Министерство просвещения объявило, что все обучение по всей империи должно происходить только на русском языке, для школ Ильминского было сделано исключение585
. Последние три десятилетия своей жизни Ильминский посвятил школьному обучению представителей национальных меньшинств основам христианской веры по своей методике. Его научный вклад в сферу востоковедения привел к избранию в Императорскую академию наук в 1884 г., однако ученый отказался от этой почетной должности, чтобы не покидать Казань.Практическая деятельность Ильминского сопровождалась углублением его враждебности исламу. К старости (умер Ильминский в 1891 г.) Николай Иванович все меньше и меньше восхищался той верой, изучению которой он посвятил столько интеллектуальной энергии в молодости. В 1871 г. его бывший коллега заметил, что в последнее время тот высказывает слишком сильную антипатию ко всему мусульманскому и с отвращением слушает все, что касается мусульман586
. То ли от раздражения на мощь исламской веры, то ли от старческой сварливости, то ли от сочетания обоих факторов, но к 1880-м гг. взгляды Ильминского радикализировались до открытого антагонизма исламу587. Он часто обращался к властям с требованием занять бескомпромиссную позицию в отношении этой религии, полагая, что «всякое поощрение мусульманству обратится в ущербе православию»588. В противовес энтузиазму молодости, с которым он встречал нарастающую силу модерного общества, теперь Ильминский полагал, что неизбежным результатом образования в европейском стиле станет панисламизм. Он считал, что страшная буря надвигается теперь со стороны уже не монголов, а мусульман, не от варварских азиатских племен, а от цивилизованных варваров, закончивших университеты, гимназии и военные школы589. В последнее десятилетие своей жизни в многочисленных письмах Победоносцеву он изображает татар-мусульман коварными, пронырливыми, хищными врагами христианства, пугающе копируя самые одиозные клише антисемитской пропаганды того времени.