Павлов сумел с самого начала хорошо поставить в школе преподавание химии, ботаники и агрономии.
Он старался сделать преподавание сельского хозяйства наглядным, практическим. Для этой цели служил опытный хутор, расположенный недалеко от Москвы, за Бутырской заставой, на бросовых, полузаболоченных почвах. Общество сельского хозяйства поскупилось и купило для хутора самую дешевую землю. «Непроходимое, никакой пользы не приносившее болото, окруженное со всех сторон кустарно-мшистым кочкарником, — вот какая избрана была земля для опытного хутора», — писал в одном из своих отчетов Павлов. С помощью учеников школы он взялся за осушение земель хутора. Для этого здесь прокопали более 4 тысяч саженей канав и подготовили участок пашни в 160 десятин, на котором заложили три опытных севооборота: 1) обычный трехпольный, «как у всех»; 2) четырехпольный с посевами клевера и 3) шестипольный, «выгонный», с двумя полями зерновых, одним — пропашных культур и тремя полями злаковой кормовой травы — знаменитой русской тимофеевки.
Правильно понимая условия, благоприятствующие развитию растений, и изучая почвы, Павлов сделал поля хутора плодородными, он применял удобрения, чередование культур, глубокую вспашку специальным плужком, сконструированным им самим. К концу двадцатых годов он с радостью писал, что на хуторских полях «видны постоянно обильные жатвы, превышающие не только урожаи на смежных полях, но равняющиеся урожаям на черноземе».
Основываясь на своих опытах, Павлов резко обрушивается на господствовавшую в России систему полеводства — трехполье, при котором было такое чередование культур: озимые, яровые, пар. Считалось, что почва под паром отдыхает, восстанавливает свое плодородие. На самом деле пар лишь отчасти выполнял эту роль, и только тогда, когда за ним хорошо ухаживали. Но если пар зарастает сорняками, а в малоземельных местах используется под пастбище, то такой «пар» из средства отдыха почвы превращается в средство ее самого варварского истощения.
Павлов настаивает на введении в севооборот многолетних и однолетних трав, которые накапливают в почве перегной. Постоянное возделывание зерновых хлебов «расхищает без возврата» перегной почвы — «сие сокровище, над скоплением коего природа трудилась многие столетия». Русский ученый осуждает хищнический подход помещиков к плодородию почвы. «Совершенство системы хозяйства, — говорил Павлов, — состоит не в том только, чтобы с данного поля получить наиболее зерна; для сего еще требуется, чтобы земля не истощалась в производительной силе».