Kasım 1839 tarihinde ilan edilen Tanzimat Fermanı, devlet ve toplumu ilgilendiren pek çok konuda önemli adımlar atılacağını duyurmuştur. Oysa fermanın ilanından birkaç yıl öncesinde Osmanlı bürokrasisi merkezîleşmeye başlamış; Hariciye ve Dahiliye gibi yeni nezaretler kurulmuş, Meclis-i Vâlâ-yı Ahkâm-ı Adliye gibi yeni meclisler oluşturulmuştu. Bürokratik yeniden yapılanmalar kaçınılmaz olarak eğitimli memurlara olan ihtiyacı da arttırıyordu. Yapılması düşünülen bürokratik reformların başarısı iyi eğitim görmüş kadroların yetişmesine bağlıydı. Ancak fermanda eğitime dair herhangi bir ifade yer almıyordu.
Eğitim sisteminin devletin duyduğu ihtiyacı karşılayacak şekilde yeniden yapılandırılmamış olması muhtemelen Sultan Abdülmecid'in dikkatini çekmiş 1845 yılında Bâbıâli'ye gelerek Meclis-i Vâlâ-yı Ahkâm-ı Adliye'de kendi hazırlattığı hatt-ı hümayunu okutturmuştur. Sadrazam da dahil devletin üst düzey bürokratlarının hazır bulunduğu mecliste okuttuğu hatt-ı hümayunda padişah, aradan geçen yıllar içinde askerî alandaki reformlar hariç eğitim meselesine el atılmamış olmasından duyduğu rahatsızlığı dile getirmiş ve derhal harekete geçilmesini talep etmiştir. Bunun üzerine, geçici bir maarif meclisi (Meclis-i Maârif-i Muvakkat) oluşturuldu. Geçici meclis, uzun mesailer sonunda hazırladığı raporunu hükümete sundu. Bâbıâli tarafından bütün önerileri kabul edilen rapor, günümüzdeki eğitim sisteminin de temelini teşkil eder. Okullar, ilk eğitim okulları ibtidâiye, ikinci derece okullar rüştiye ve ardından idâdiye olacak şekilde üçlü eğitim sistemi şeklinde düzenlendi. Ayrıca gelecekte "ulûm-i âliyenin okutulacağı" bir Dârülfünun açılması önerildi. Geçici meclis, eğitim işleriyle devamlı olarak meşgul olacak yapıların kurulmasının önemine de işaret etti. 1846 yılında eğitim konularında yapılacak işler için yetkilendirilmiş Meclis-i Maârif-i Umûmiye kuruldu ve meclis üyelerine rahat çalışabilmeleri için Meclis-i Vâlâ'nın bulunduğu binada uygun bir yer tahsis edildi.
Meclis-i Maârif-i Umûmiye Ocak 1847 tarihinde bürokratik işleyiş içinde önemli bir mevki kazanarak Mekâtib-i Umûmiye Nezareti adını aldı. Vakanüvis Esad Efendi nazır unvanı ile başkan ve Sadaret Mektûbî Mümeyyizi Kemal Efendi de başkan yardımcısı olarak atandılar. Padişahın iradesi aynı zamanda Dârülfünun inşa edilebilmesi için Ayasofya yakınlarında uygun bir yer tahsis edilmesini de içeriyordu. Mekâtib-i Umûmiye Nezareti çalışmalarına İstanbul içinde var olan okulların durumunu tespit ile başladı. Gereken yerlerde okulların fizikî şartlarını iyileştirmesine çareler ararken yeni okulların açılması için de çalışmalara girişti. Okulların sayısı arttıkça bu okullarda istihdam edilecek öğretmenlere olan talep de arttı. Bu alanda bir ilk gerçekleştirildi ve Şubat 1848 tarihinde öğretmen yetiştirmek üzere Dârülmuallimîn törenle açıldı (bk. Dârülmuallimîn).
Halk genelinde eğitim faaliyetlerine ilgiyi arttırmak, onları da okul açmaya ve/veya tamirine teşvik etmek için kampanya başlatıldı. Faaliyetlere Sultan Abdülmecid'in annesi Bezmiâlem Valide Sultan da katıldı ve onun riyasetinde Dârülmaarif kurulması çalışmalarına başlandı. Eğitime önemli bir katkı olarak görülen bu okul Nisan 1850 tarihinde Sultan Abdülmecid, Sadrazam Mustafa Reşid Paşa, Şeyhülislam Ârif Hikmet Efendi, nazırlar ve ulema ile askeriyeden temsilcilerin katılımıyla açıldı.
Eğitim konularının devlet nezdinde kurumsallaşarak gelişmesi, hükümet programlarında önem verilen alanlardan biri olarak benimsenmesi yeni oluşumlara da yol açtı. Öncelik Dârülfünun'a verilmek üzere okullarda ders kitabı olarak da kullanılacak eserleri yayına hazırlamak, yabancı dillerden tercümelerini sağlamak üzere Temmuz 1851'de Encümen-i Dâniş kuruldu. Meclis-i Vâlâ tarafından Encümen-i Dâniş hakkında hazırlanan resmî raporda Atâullah Efendizade Şerif Efendi'nin başkan, Hayrullah Efendi'nin de başkan yardımcısı olarak atandığı ve Encümen-i Dâniş'in ülke içinden dâhilî, ülke dışından da hâricî üyeleri olacağı duyuruldu. Üyelerin toplanıp rahat çalışabilmesi için inşaatı büyük oranda tamamlanmış olan Dârülfünun binasında genişçe bir oda kendilerine tahsis edildi (bk. Encümen-i Dâniş).
Okulların İstanbul dışında da geliştirilmesine önem verildi; 1853 yılında Arnavutluk civarı, Girit, Midilli adası, Sofya, Selanik, Filibe, Rusçuk, Vidin, Üsküp, Manastır, Trakya, Karadeniz, Ege ve Anadolu bölgelerindeki şehirlerle Kıbrıs'ta Lefkoşe gibi yerleşim yerlerinde yirmi beş yeni rüştiyenin açılması kararı alındı. Üç yıl kadar sonra, Mekâtib-i Umûmiye Nezareti muavini Vehbi Efendi okulların durumunu yerinde tespit etmek üzere Osmanlı Devleti'nin batı vilayetlerini teftişe gönderildi.
Eğitim alanındaki çalışmalar devam ederken, 1856 yılında Islahat Fermanı'nın ilanı ile devlet bürokrasisinde yeni bir döneme girildi. Müslim ve gayrimüslim tebaanın kanun önünde eşit sayılacak olması, eğitim meselelerinde ortak projeler üretmeyi de zorunlu kıldı. 1857 yılında müslim ve gayrimüslim tebaa temsilcilerinden oluşan Meclis-i Muhtelit kuruldu ve eğitimde yeni bir evre başlamış oldu. Yeni düzenlemelere göre okullar mekâtib-i sıbyan, mekâtib-i rüşdiye ve sanayi ve hiref olarak üç kategoriye ayrıldı. Her dinî cemaat sıbyan okulu öğrencilerini kendi usullerine göre ve kendi dillerinde eğitebilecekti. Rüştiye okullarında Türkçe öğretimi mecburi hale getirildi. Sanayi ve hiref okullarında ise üretime yönelik yetilerin geliştirilmesi öngörülmekteydi. Yeni düzenleme uyarınca, memleketin çeşitli vilayet ve şehirlerinde gayrimüslimler kendi okullarını açmaya başladılar.
Eğitimle alakalı konuların tek merkezden idaresinin sağlanabilmesi için Nisan 1857 tarihinde Maârif-i Umûmiye Nezareti kurularak Abdurrahman Sâmi Paşa nazır unvanıyla atandı ve eğitim işleri buraya bağlı olarak yürütülmeye başlandı (bk. Abdurrahman Sâmi Paşa). Nezaretin önemli başarılarından biri kızların eğitimine bütün zorluklara rağmen ısrarla eğilmesi ve içlerinde kızlara has bir rüştiye de bulunan pek çok okul açmasıdır. Okulların üç derecede düzenlenmesi ve ibtidâiye ile rüştiyenin ardından üçüncü kategorinin "sanayi ve hiref" diye nitelenen teknik okullara ayrılmış olması, çeşitli alanlarda teknik okulların açılmasına hız verdi. 1857 yılında İstanbul'da Fransa'dan davet edilen iki orman mühendisi Tassy ve Stheme'nin idaresinde Ormancılık Okulu kuruldu (bk. Orman Mektebi). Yerel idarelerde kaymakam, müdür gibi makamlarda görevlendirilecek memurların iyi eğitim almalarını sağlamak amacıyla da 1859 yılında Mekteb-i Mülkiye açıldı (bk. Mekteb-i Mülkiye).
1861 yılında bakanlığın görev ve yetkilerini belirten resmî belgede, Harbiye, Bahriye ve Tıbbiye harici bütün okulların bu nezarete bağlı olacağı belirtilmiştir. Sınıf geçmenin imtihanla olduğu okullar yine sıbyan, rüştiye ve çeşitli teknik okullar olmak üzere üç kategoride sınıflandırılmıştır. Müslim ve gayrimüslim öğrenciler rüştiye ve teknik okullarda birlikte karışık olarak okuyabileceklerdi. Nezaret tarafından icra edilen işler Meclis-i Âlî-yi Tanzimat'a ayrıntılı raporlar halinde bildirilecekti. Midhat Paşa'nın Tuna valiliği sırasında 1863-1864 yıllarında Niş ve Rusçuk'ta ıslahhane adıyla açtığı, kimsesiz ve fakir çocukların din, dil, ırk ayırımı yapılmaksızın eğitildiği okullar ise ayrı bir öneme sahiptir. Okulların başarısı üzerine Balkanlar'da diğer şehirlerde ve hatta Şam'da dahi bu okullardan açıldı (bk. Islahhane). Haziran 1862 tarihinde Takvîm-i Vekayi gazetesi Sultanahmet'te sadece kızların gideceği rüştiye seviyesinde bir okulun açıldığını duyurdu.
Maarif Nezareti kurum içinde farklı ihtisas alanlarında eğitim faaliyetlerinin gelişebilmesi için uzman heyetler de oluşturdu. Mesela Maârif-i Umûmiye Heyeti genel anlamda eğitim konularında öneriler hazırlama işleriyle ilgilenirken sıbyan ve rüştiye okulları konularında ayrıca oluşturulan heyetler özel olarak bu alanlarla ilgilendiler. Maarif Nezareti, halk nezdinde eğitim faaliyetlerine katılımı teşvik etmeye ayrıca önem verdi. 1861 yılında Münif Paşa'nın kurulması için büyük çabalar harcadığı Cem'iyet-i İlmiye-yi Osmâniye buna örnek olarak verilebilir. Kendi alanında Osmanlı toplumunda çığır açıcı olarak kabul edilen Mecmûa-i Fünûn adında bir bilim dergisini de neşreden bu cemiyet, aynı zamanda bilimin sadece akademik çevrelerle sınırlı kalmaması gerektiğini savunarak halka açık, herkesin katılabileceği dersler düzenlemiştir (bk. Cem'iyet-i İlmiye-yi Osmâniye).
Dârülfünun kuruluş çalışmalarının yoğunlaşması yine bu döneme denk gelmiştir. Aralık 1862 tarihinde Meclis-i Vâlâ üyesi Edhem Paşa'nın riyasetinde halka açık derslerin başlayacağı gazete ilanıyla duyuruldu. İlk derslerden birini Meclis-i Maâdin Başkanı Derviş Paşa'nın hikmet-i tabîiye konusunda vereceği yine aynı duyuruda yer aldı. Henüz resmî açılışı yapılmamış olsa da Dârülfünun'da ilk derslerin her kesimden halkın katılabileceği şekilde düzenlenmesi eğitim anlayışında çığır açıcı niteliktedir. Duyurulduğu üzere, Derviş Paşa 13 Ocak 1863 tarihinde fizik ve kimya konularında ilk dersi vermek üzere salona girdiğinde içeride yaklaşık 500 kişinin olduğu söylenir. Meraklı topluluk sonrasında Meclis-i Tahkik Komisyonu Başkanı Sâlih Efendi'nin dersine de Dîvân-ı Muhâsebat Başkanı Ahmed Vefik Efendi'nin târîh-i umûmî konusunda verdiği derse de aynı ilgi ile katılmıştır.
Fransa Devleti ile ticarî ve diplomatik ikili ilişkilerin gelişmesi, Sultan Abdülaziz'in bölgeye ziyareti eğitime de yansıdı ve Eylül 1868 tarihinde Mekteb-i Sultânî olarak bilinen Galatasaray Mekteb-i Sultânîsi açıldı. Öğretmenlerinin çoğu Fransa'dan gelen ve bu sebeple eğitim dili Fransızca olan bu okulun kuruluş amaçlarından belki de en önemlisi müslim ve gayrimüslim tebaanın aynı sınıflarda birlikte öğrenim görmesi ilkesidir. Okul müfredatı fıkıh konularından İslam ve Osmanlı tarihine kadar sosyal bilimlerin ana konularını kapsarken öğrencilerin fizik, kimya, matematik, cebir, geometri, doğa bilimleri gibi alanlarda da yetişmesini hedefliyordu. Yunanca, Ermenice, Arapça, Farsça, İngilizce, Almanca, Fransızca, İtalyanca, Latince gibi çeşitli yabancı seçenekleri de içeren müfredat aynı zamanda müzik derslerine piyano ve keman gibi müzik aletlerini de eklemişti (bk. Mekteb-i Sultânî).
Çocuklara teknik alanlarda bazı becerilerin kazandırılmasına yönelik bu eğitim faaliyetleri geleneksel yöntemlerle usta-çırak ilişkisi içinde öğrenilen zanaatkârlık ve meslek edinme anlayışına yeni bir soluk kazandırdı. Teknik alanlarda daha verimli çalışılmasının imkânlarını sağladı. 1868 yılında Islâh-ı Sanâyi Mektebi açılarak gençlerin yatılı (leylî) ve gündüzcü (nehârî) olarak eğitime katılmaları amaçlandı. Geleneksel sanatlardan mücellitlik bir branş olarak açıldı, kundura yapımı, terzilik, mimarlık branşlarının yanı sıra dökmecilik, makinecilik ve demircilik bölümlerine de öğrenciler alındı. Bütün bu gelişmeler içinde belki de en çok zikredilmesi gereken okul, 1869 yılında açılan Kız Sanayi Mektebi'dir. Kızların istihdamını, ekonomiye katılmalarını ve kamusal alanda var olmalarını sağlamaya yönelik kurulan bu okul Avrupa ve Amerika'daki emsallerinden çok daha erken bir zaman diliminde açılmıştır (bk. Kız Sanayi Mektebi).
Eylül 1869 tarihinde ilan edilip yürürlüğe giren Maârif-i Umûmiye Nizamnamesi ülke çapında eğitim faaliyetlerinin ve bütün okulların işleyişini düzenleyen kapsamlı bir çalışmadır. Maarif Nazırı Saffet Paşa ile bu nizamnameyi hazırlamak üzere kurulmuş olan Şûrâ-yı Devlet Maarif Dairesi Başkanı Sâdullah Paşa'nın ortak gayretleri bu nizamnamenin hazırlanmasında önemli rol oynamıştır. Toplamda 198 madde ve beş ana bölümden ibaret olan nizamnameyi hazırlayan komisyonda Recâizâde Ekrem Bey, Kemal Paşa, Dadyan Artin Efendi gibi devrin ileri gelen devlet adamları bulunmaktaydı. Bu nizamname aynı zamanda farklı süreçlerde farklı gereksinimleri karşılamak üzere eğitim adına gerçekleştirilmiş çözümleri derleyip toparlamayı ve bir düzene koymayı hedeflemekteydi (bk. Maârif-i Umûmiye Nizamnamesi).
Üzerinde uzun mesai harcandığı belli olan ve gayet ayrıntılı olarak hazırlanmış bulunan nizamnameye göre okullar idaresi ve kontrolü devlete ait olan Mekâtib-i Umûmiye ve kişiler veya dinî cemaatler tarafından idare edilen Mekâtib-i Husûsiye olarak ikiye ayrılmaktaydı. Devlet okulları birinci seviyede sıbyan ile rüştiye, ikinci seviyede idâdîye ile sultânîye ve üçüncü seviyede de mekâtib-i âlîye olarak düzenlendi. Sıbyan okulları kız ve erkek olarak ikiye ayrıldı ve her mahalle ve köyde bir okulun açılması öngörüldü. Kız çocukları için altı yaşından on yaşına kadar, erkek çocukları için ise yedi yaşından on bir yaşına kadar okula devam mecburi hale getirildi. Sıbyan mekteplerinde olduğu gibi nizamnamede rüştiye ve idâdîye devam eden öğrenciler için ders programları oluşturuldu. Aynı şekilde, erkek öğretmen okulu Dârülmuallimîn ve açılması karara bağlanmış olan kadın öğretmen okulu Dârülmuallimât'ın ders programları bu nizamnamede şekillendirildi (bk. Dârülmuallimât). Dârülfünun müfredatı ise açılması planlanan çalışma alanlarını bölümler bazında kapsayacak şekilde ayrıntılı olarak oluşturulmuştu (bk. Dârülfünun).
Nisan 1870 tarihinde Dârülmuallimât'ın Maarif Nazırı Saffet Paşa tarafından resmî olarak açıldığı duyuruldu. Açılış konuşmasında Saffet Paşa, kadınlara eğitimde eşit imkânlar tanınması gerektiğine vurgu yaparak onların da fen ve sanayi alanlarında pekâlâ başarılı olabileceklerini çeşitli örnekler vererek açıkladı. Bu konuşma, kızların eğitime ve iş gücüne teşvik konusunda hükümetin ısrarlı çabaları ve bu konuda atılmış ve sonrasında atılacak adımların üst düzeyden bir bakan tarafından topluma duyurulmasıdır.
1870'lerden başlayan mektepleşme hareketi, II. Mahmud döneminde biraz daha ilerlemiş, Tanzimat döneminde ise en ileri noktasına ulaşmıştır. Tanzimat Fermanı'nda eğitime dair bir ayrıntı olmamasına karşın bu tarihlerden sonra eğitimin her alanında köklü yenileşmeler başlamış, Islahat Fermanı ise Türk eğitim tarihi için bir dönüm noktası olmuştur. Bu süreçte geleneksel eğitim sistemi karşısına bütün kurumları ve detaylarıyla bütünsel bir eğitim sistemi çıkmıştır. İbtidâî, rüşdî, idadî ve âlî kademelerden oluşan bu yeni eğitim sisteminin kurumları kısa süre aralıklarla eklektik tarzda vücut bularak, Osmanlı devlet ve toplumunun değişimini derinden etkilemiştir. Tanzimat maarifi, çoğu tarihçiye göre menfî yönünün vurgulandığı düalist yapıdadır. Bu ikili hatta çoklu yapı, Batı dışı modernleşme süreci yaşayan toplumlar arasında, gelenekle yeniliğin iç içe geçirildiği kendine özgü bir model üretmesi bakımından sıra dışı nitelikler göstermiştir. Bu tecrübe sonraki elli yılda da sürdürülmüş ancak ardından terkedilerek tekil modernleşme modeli tercih edilmiştir.