После смерти Николая Васильевича заботы о семье и воспитании детей легли на плечи его старшего сына Василия Николаевича( 1819 г.р.). Работая в ту пору приказчиком известной астраханской фирмы «Братья Сапожниковы» и не имея собственной семьи, он сумел обеспечить достаток в доме и даже дал младшему брату Илье образование.
В 1850 году Илья Николаевич окончил с серебряной медалью Астраханскую гимназию и поступил на физико-математический факультет Казанского университета. 13 декабря 1854 г. И.Н. Ульянову , как успешно защитившему диссертацию (тема диссертации: «Способ Ольберса и его применение к определению орбиты кометы Клинкерфюса», 1853 г.), был вручен диплом об окончании Казанского университета с утверждением в ученой степени кандидата физико-математического факультета по разряду математических наук. И хотя ему было предложено остаться при кафедре для «усовершенствования в научной работе» (на этом, между прочим, настаивал знаменитый математик Николай Иванович Лобачевский), Илья Николаевич предпочел карьеру учителя. Назначение Ильи Николаевича было подписано Н. И. Лобачевским, являвшимся в то время помощником попечителя Казанского учебного округа. По его же предложению на И. Н. Ульянова была возложена обязанность ведения метеорологических наблюдений на Пензенской метеорологической станции.После отмены крепостного права в 1861 г. реформы следовали одна за другой. Разрабатывались проекты массовой народной школы. Илья Николаевич Ульянов, как и многие другие представители поколения русских «шестидесятников», твердо верил в то, что после отмены крепостного права только просвещение и европеизация России смогут принести общее благоденствие и благосостояние. За свой труд за годы работы Илья Николаевич получил множество наград. Из Формулярного списка о службе директора народных училищ Симбирской губернии действительного статского советника Ильи Ульянова следует, что Илья Николаевич за годы службы был награжден следующими орденами: Святой Анны 3-й степени (красный нагрудный крест на узкой ленте в петлице) — 1865 г. Святого Станислава 2-й степени (крест на шейной ленте) — 1872 г. Святой Анны 2-й степени (крест на узкой ленте на шее) — 1874 г. Святого Владимира 3-й степени (крест на шейной ленте) — 1882 г. Святого Станислава 1-й степени (красный крест на красной ленте с двойной белой каймой, носимой через правое плечо, и звезда на левой стороне груди) — 1886 г. Сообщение о награждении И.Н. Ульянова орденом Святого Станислава 1-й степени было опубликовано в «Симбирских губернских ведомостях» 8 января 1886 г. Но скоропостижная смерть Ильи Николаевича 12 января 1886 г. не позволила ему получить орден. Мария Александровна , по словам симбирских властей, «не пожелала получить орден». По этому вопросу между соответствующими инстанциями Симбирска, Казани и Санкт-Петербурга шла многомесячная переписка. Капитул орденов все же настоял на взыскании из пенсии Ульяновых полагавшихся за орден Св. Станислава 150 рублей. В 1861 г. И.Н. Ульянов был награжден темно-бронзовой медалью «В память войны 1853-1856 гг. на Владимирской ленте, а в 1879 г. был отмечен Знаком Красного Креста. Этот знак по указу от 13 марта 1879 г. выдавался лицам „обоего пола, кои во время войны против турок в 1877 г. принимали участие в деятельности Общества попечения о раненых и больных воинах или личным служением, или материальным содействием“. И.Н. Ульянов в годы русско-турецкой войны не только умело и с энтузиазмом организовывал сбор средств в подведомственных ему учреждениях в пользу раненых и больных воинов, но и сам лично жертвовал на эти цели денежные средства. Он активно участвовал в сборе средств на приобретение судов добровольного флота, вносил пожертвования на устройство военно-походного лазарета и другие благотворительные цели.
Первым местом его работы – с 7 мая 1855 года – стал Дворянский институт в Пензе. В июле 1860-го сюда на должность инспектора института приехал Иван Дмитриевич Веретенников. Илья Николаевич подружился с ним и его женой, и в 1861 году Анна Александровна Веретенникова (урожденная Бланк) познакомила его со своей сестрой Марией Александровной Бланк, которая на зиму приезжала к ней в гости. Илья Николаевич стал помогать Марии в подготовке к экзамену на звание учительницы, а она ему – в разговорном английском. Молодые люди полюбили друг друга, и весной 1863 года состоялась помолвка.