慶応3年6月に帰国後、勘定頭取を経て10月には勘定奉行並に昇進。諸大夫となり、官位を内膳正に補任され、同時に名を広胖と改める。15代将軍徳川慶喜に仕え京坂を往復するが、大政奉還後は江戸へ戻った。倒幕路線を進める薩摩藩が江戸で挑発的騒動を起こしていたため、12月には大目付滝川具挙とともに上坂し、大坂城にいた慶喜に率兵上京を進言したという。翌慶応4年（1868年）1月の鳥羽・伏見の戦いにおいても後方で兵站業務に携わるが、徳川軍は敗退。慶喜は開陽丸で江戸へ引き上げてしまう。小野は海軍伝習所時代の後輩榎本武揚（開陽丸艦長）らとともに殿軍として残りの幕府軍艦で江戸へ引き上げる際、大坂城御金蔵に貯蓄されていた古金18万両を江戸へ持ち帰った。江戸に戻った後、上司の勘定奉行・小栗忠順が慶喜から叱責を受けて罷免されるなど、恭順路線を進める勝・慶喜の方針により、主戦派はことごとく粛清され、2月には小野も逼塞となる。4月に東征大総督府が率いる新政府軍が江戸城へ入った後は、鳥羽・伏見の戦前の経緯から小野が主戦派の首魁と目され、「重罪・厳科の処、格別の寛典を以て死一等を宥められ」永預（禁固）の刑を受ける。入獄中に、小野らが購入したストーンウォール号が到着。所有権は明治新政府に移管した。6月、徳川家の駿府藩への移封が決定された際、出獄を赦される。
元治元年（1864年）6月には勘定吟味役に昇進。同年7月2日には、「金銀吹替并吹立御用」を兼務し外国貨幣と日本貨幣の内外価格差よる金銀貨の流失防止に努めた。11月に幕府主宰の横須賀製鉄所設立に関与し、横須賀周辺の造船所候補地の実地調査に赴いている。7月から12月の第一次長州征討および2年後の慶応2年（1866年）6月から9月の第二次長州征討で幕府陸軍動員にあたり、動員・補給計画に携わる。同年9月、河合鎬吉郎の娘・うたと再婚。長州藩との戦争を経て、海軍充実の必要性を痛感した幕府は、さらなる軍艦補充を画策。小野は軍艦調達の命を受け、慶応3年（1867年）1月には再び渡米し、幕府軍艦の調達にあたる。国務長官ウィリアム・スワード、大統領アンドリュー・ジョンソン、ユリシーズ・グラントと会見、海軍省との交渉の末、ストーンウォール号の購入に成功（同艦は後に「甲鉄」と呼ばれ、宮古湾海戦の中心となり、明治4年に「東艦」と改名される）。また甲鉄艦のほかにも11インチダールグレン砲や海軍用蒸気消火ポンプ、陸戦兵器としてスペンサー銃1000挺、ヘンリー銃300挺とそれに付随する金属薬莢製造装置、更には2万ドル相当の最新科学技術書をこの際に購入した。
帰国後、軍艦奉行木村により航海中における小野の功績が報告され、14代将軍徳川家茂に謁見および褒賞を賜った（なお、艦長であった勝は謁見を許されていない）。これに伴い、物頭格五人扶持の待遇を受ける。小野は海軍充実の必要性を感じ、軍艦奉行に対し、国産蒸気船の建造を具申する。万延2年（1861年、同年文久に改元）正月、小型蒸気軍艦の建造が許可され、主任に任命された。同年7月、軍艦頭取となり、正式に幕臣となる。異国船防備のため江戸湾測量を行う。またジョン万次郎が小笠原諸島の領有・捕鯨基地化を提案し、アメリカやイギリスが同島の領有権を主張し始めたこともあり、同島嶼の精密な調査が必要となっていた。そのため、外国奉行水野忠徳を長とする調査団が小笠原諸島に派遣されること事となり、咸臨丸がその任に就いた。これに関して小野が咸臨丸艦長に任ぜられ、同諸島の測量を行った。この測量が、小笠原諸島の日本領有の大きな手がかりとなる。翌文久2年（1862年）には上記の蒸気軍艦建造の計画が進められ、幕府で初めてとなる国産蒸気軍艦千代田形の建造を指揮（同船は量産化を計画されていたが結局一号船のみに終わったため、そのまま「千代田形」の船名で呼ばれた）。
安政2年（1855年）8月、測量・航海術および蘭語への精通を買われ、老中阿部正弘からの直命により、長崎に設置された幕府の海軍伝習所に入学した。測量術の実践を16箇月の間学び修了後、江戸へ戻り築地の軍艦操練所教授方となる。万延元年（1860年）、日米修好通商条約批准書交換のための遣米使節派遣が決定されたが、その護衛および航海訓練として軍艦奉行木村芥舟を提督とする咸臨丸も派遣されることになった。小野も同僚で海軍伝習所の同窓生であった艦長勝麟太郎（海舟）を補佐する測量方兼運用方（航海長）となって、アメリカへ航海する。同乗した米国海軍の測量士官ジョン・ブルック大尉は小野の測量術の練達ぶりに感心し、以後親交を結ぶようになった。
グラント郡の南東端にはマルヒュア川およびリトルマルヒュア川の水源があり、下流でスネーク川に合流する
グラント郡南部にはグレートベースンの北限があり、ここにはシルビーズ川の流域が広がる
シルビーズ川は南方に流れた後、東オレゴンのハイデザート（高原砂漠）にあるハーニー湖に流れて行く
グラント郡の南西端のわずかな地域では、クルックト川とデシューツ川の流域が広がる
グラント郡の気候はやや乾燥している
平均年間降水量はピクチャー峡谷の近くで230 mm、ストロベリー山脈の近くで1,000 mmである
渓谷地域での年間降水量は300 mmから360mmで、高地では410 mmから610mmである
グラント郡全体の年間降水日数は40日から60日で、降水量は2.5 mmとなっている
郡内の降水量の大部分は、山岳部に見られる冬の降雪である
この積雪は帯水層を維持するために不可欠な役割を担っており、この積雪によって春の雪解け水、そして一年を通じて流れる河川の水をもたらしている
郡内の気温は地方によってさまざまであり、最も温暖なモニュメントでは7月の平均気温が32℃／10℃（最高気温／最低気温）、1月の平均が6℃／-6℃であり、最も寒冷なセネカで7月に27℃／3℃、1月に1℃／-13℃である
過去30年間で記録した最高／最低気温は、オースティンで39℃／-38℃、ジョンデイで44℃／-31℃、ロングクリークで42℃／-32℃、モニュメントで44℃／-32℃、セネカで38℃／-44℃だった
グラント郡の快晴または晴天の日数は年間およそ200日であり、これに部分的に晴れの日も含めると年間およそ300日になる
曇天の日数は年間およそ65日であり、部分的に曇りの日も含めると年間およそ165日になる