Видя, что мальчик увлекается военными книгами, дед Захар по вечерам рассказывал ему интересные истории про артиллеристов и их подвиги во время войны, об устройстве орудий, снарядов. Почерпнутое из книг и услышанное от деда находило свое отражение в ребячьих играх: на лесных полянах разыгрывались целые сражения. Мальчики перевоплощались в чудо-богатырей Суворова, Кутузова, штурмовали Измаил, Очаков.
Весной 1913 года Митроша успешно закончил школу в Борисоглебске. Учителя отмечали у повзрослевшего мальчика отличные способности по многим предметам и настойчиво рекомендовали продолжить обучение. Мария Ефимовна с помощью родственников занялась устройством своего сына во 2-й класс Липецкого реального училища. Удалось ей это с трудом.
Со слезами проводила Мария Ефимовна своего любимца в Липецк. В первое время он скучал по дому, однако постепенно привык к училищу, появились и новые друзья.
В реальных училищах в отличие от гимназий с так называемой классической системой образования, где предпочтение отдавалось изучению гуманитарных наук, ведущими предметами были физика, химия и математика.
Стоимость обучения в Липецком реальном училище была высокой и доходила до 80-100 рублей в год. Поэтому, чтобы как-то уменьшить расходы матери, юноша начиная с третьего класса стал давать уроки детям из зажиточных семей.
Как вспоминают одноклассники Неделина, вся его жизнь была подчинена строжайшему, им самим составленному распорядку дня. Они поражались его настойчивости и воле в достижении поставленной цели. Митрофан успешно справлялся с нелегкой репетиторской работой, хорошо учился и, кроме того, обязательно около двух-трех часов в день уделял своему любимому делу – чтению книг.
В училище работал технический кружок, и юноша на первых порах с помощью руководителя Семена Арсеньевича, а затем и самостоятельно начал конструировать механические и электрические модели, которые использовались в качестве наглядных пособий на уроках физики и химии.
Уже в юношеские годы Неделин обладал удивительной способностью при чтении книг сосредоточивать свое внимание на главных, наиболее серьезных вопросах, критически осмысливать выводы и идеи авторов. Его однокашник по реальному училищу Т.Н.Бутенко рассказывает: «Митрофан Иванович по складу характера не был замкнутым и со всеми, кто желал получить от него помощь, щедро делился своими знаниями. Мне всегда нравились спокойный и уверенный тон его разговора, простота и опрятность в одежде, собранность и подтянутость во внешнем виде, вежливость и скромность».