Директорство Бычкова закончилось плачевно, что, впрочем, не оказалось для некоторых неожиданностью: стали известны интимные отношения директора гимназии со своими воспитанниками, и в 1883 г. Бычков был предан суду.
Процесс по делу Бычкова состоялся 9—13 сентября 1883 г. в Петербурге, приговор объявлен 27 сентября и вступил в законную силу 18 ноября того же года.
Суд признал обвиняемого виновным «в развращении воспитанников содержимой им гимназии Сергея Колонтарова, 13 лет, Петра Нозикова, 11 лет, и Николая Шульгина, 13 лет, посредством развития в них бесстыдными действиями порочной наклонности к мужеложеству (ст. 993 Уложения о наказаниях) и в остановленных по независевшим от него, Бычкова, обстоятельствам покушениях на мужеложество над названными воспитанниками Колонтаровым и Нозиковым (ст. 996 Уложения о наказаниях)». Кассационная жалоба осужденного была отвергнута Сенатом.
Александр III, ознакомившись с обстоятельствами дела, собственноручно написал: «После всего прочитанного у меня никаких сомнений нет в виновности Бычкова». Бычкова приговорили к ссылке на поселение в «места Сибири, не столь отдаленные» и к лишению всех прав состояния. В деле имеются прошения брата осужденного А.Ф. Бычкова и его теток Антуанетты де Вульферт, вдовы генерал-директора почт Великого княжества Финляндского графини Маннергейм и вдовы адмирала фон Шанц, оставленные без последствий.
Спустя пять лет после приговора просьбы осужденного и его родственников были услышаны: 30 ноября 1888 г. император согласился на возвращение Бычкова в Европейскую Россию, в родовое имение в Ярославской губернии, и приписывание его к одному из податных сословий. В 1893 г. Бычков был восстановлен во всех правах, но чин статского советника ему не возвратили.
Информация о процессе публиковалась на страницах петербургских газет, хотя и сугубо официально, без деталей и подробностей. Петербургские читатели были и без того осведомлены о сути дела, хотя процесс проходил при закрытых дверях, причем в выходные дни и в ночное время (последнее заседание закрылось в пятом часу утра 13 сентября 1883 г.).
В 1883 г. директором гимназии и реального училища стал известный педагог Яков Григорьевич Гуревич. Он пригласил для преподавания лучшие педагогические кадры и передовых деятелей культуры, сделав гимназию одним из лучших и прогрессивных частных средних учебных заведений Петербурга (с правами казенных гимназий). В 1887 г. здесь преподавали 20 педагогов, состоявших в штате, и около 20 педагогов «по найму», преподававших также в других учебных заведениях. Продолжили работать здесь Иннокентий Федорович Анненский, с 1879 г. преподававший древние языки в гимназии Бычкова, и брат писателя В.М. Гаршина, коллежский советник Евгений Михайлович Гаршин, член комиссии Императорского Русского технического общества по техническому образованию, редактор журнала «Техническое образование», преподававший также в Литейной гимназии. С 1898 г. в гимназии Гуревича преподавали: приват-доцент Петербургского университета историк А.Н. Щукарев и магистрант сравнительного языкознания Н.С. Усов; русский язык с 1895 г. преподавал приват-доцент Петербургского университета С.К. Булич; русскую литературу с 1907 г. преподавал выпускник Дерптского университета Н.К. Пиксанов, с 1914 г. – выпускник Петербургского университета Б.М. Эйхенбаум. Музыкальные занятия вел директор музыкальной школы К.И. Даннеман, преподававший также в Николаевском Сиротском институте; рисование и черчение – скульптор П.П. Забелло и классный художник Г.Ф. Воропонов; физику – выпускник Петербургского университета А.Л. Гершун и лаборант Императорских Электротехнического и Политехнического институтов В.К. Лебединский, впоследствии профессор Рижского политехнического института (1913) и Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта (1930), один из организаторов Нижегородской радиолаборатории (1918), доктор технических наук (1934); историю и философию – профессор Г.В. Форстен.