В 1865—1869 годах гимназия была преобразована в реальную в соответствии с уставом 1864 года. Основная часть преобразований была произведена новым директором И. Я. Сорокиным, который сумел сохранить порядок в заведении, несмотря на Польское восстание 1863 года. Первый выпуск реалистов состоялся в 1870 году, всего выпусков из Немировской гимназии, как реальной, было четыре. В 1871—1876 годах гимназия была преобразована в классическую в соответствии с уставом 1871 года. Первый выпуск после преобразования состоялся в 1876 году. С конца 1870-х годов качество выпускных работ постепенно улучшалось, и к середине 1880-х гимназия стала одной из лучших в округе.