Το 1880, για να είναι ευκολότερη και αποτελεσματικότερη η διοίκηση, αποφασίσθηκε, το Γυμνάσιον και το Ελληνικόν Σχολείον να χωρισθούν σε δύο Γυμνάσια με διαφορετικούς γυμνασιάρχες και σε δύο Ελληνικά με διαφορετικούς σχολάρχες. Το ένα Γυμνάσιο, που κατέλαβε το πάνω πάτωμα του διδακτηρίου, ονομάσθηκε Α΄Βαρβάκειο, το δε άλλο, το οποίο λειτουργούσε στο κάτω πάτωμα, ονομάσθηκε Β΄ Βαρβάκειο. Παρόμοια και τα Ελληνικά Σχολεία. Κοινά είχαν τα δύο Γυμνάσια τη Βιβλιοθήκη και τα όργανα διδασκαλίας των ειδικών μαθημάτων. Τα δύο (κλασσικά) Βαρβάκεια Γυμνάσια έμειναν στο Βαρβάκειο Διδακτήριο επί 50 έτη, μέχρι το 1911.
Στο κτήριο του Βαρβακείου, το ισόγειο (ή ημιυπόγειο) εχρησιμοποιείτο από παλιά ως αποθήκη των ανευρισκομένων, καθημερινά, κατά την οικοδόμηση της Αθήνας, αρχαιοτήτων, ιδιαίτερα δε των πολυάριθμων επιγραφών. Στις 18 Δεκεμβρίου 1880, μάλιστα, κατά τη διάρκεια ανασκαφών πλησίον του Βαρβακείου, ήρθε στο φως μαρμάρινο αντίγραφο του χρυσελεφάντινου αγάλματος της Αθηνάς Παρθένου του Φειδία, έργο του 3ου αι. μ.Χ., το οποίο ονομάσθηκε «Αθηνά του Βαρβακείου» και εκτίθεται με τον αρ. 129 σε αίθουσα του Εθνικού Αρχαιολογικού Μουσείου. Επίσης, όταν σχηματίσθηκαν οι σχολικές φάλαγγες και οι μαθητές γυμνάζονταν στρατιωτικά, αίθουσες του ισογείου του Βαρβακείου χρησιμοποιήθηκαν ως αποθήκες όπλων (τα περισσότερα των οποίων είχε στείλει ο εθνικός ευεργέτης Δημήτριος Μπερναρδάκης, ο οποίος ενίσχυσε και την επανάσταση της Κρήτης το 1866). Οι μαθητές (των ανωτέρων τάξεων) έκαναν γυμνάσια στον χώρο εμπρός του σχολείου χρησιμοποιώντας τα όπλα αυτά (εμπροσθογεμή, καραμπίνες) χωρίς σφαίρες, με τις λόγχες, γυμναζόμενοι από ανθυπολοχαγούς του πεζικού. Αφού δε ασκούνταν επαρκώς εκεί, πήγαιναν κατόπιν, κατά τα απογεύματα του Σαββάτου, συντεταγμένοι κατά τετράδες για μεγαλύτερες ασκήσεις στο Πεδίον του Άρεως. Έπειτα επέστρεφαν πάλι εν τάξει στο Βαρβάκειο, άφηναν τα όπλα και διαλύονταν.
Όταν από το 1880 έγινε υποχρεωτικό στα Γυμνάσια το μάθημα της Γυμναστικής κι επειδή πολλοί από τους αργόσχολους της αγοράς συναθροίζονταν γύρω από τον ανοικτό χώρο, για να παρακολουθήσουν από κοντά τους γυμναζόμενους μαθητές και εξέφραζαν πολλές φορές με ζωηρά επιφωνήματα τις επιδοκιμασίες ή τις αποδοκιμασίες τους, κρίθηκε ότι έπρεπε να περιφραχθεί με τοίχο και κιγκλίδωμα το μπροστινό μέρος του σχολείου. Δυστυχώς, δεν περιφράχθηκε ολόκληρος ο χώρος που ανήκε στο «Βαρβάκειον Λύκειον», καθώς σε αρκετά μεγάλο τμήμα του προς την οδό Αθηνάς ήδη είχαν εγκατασταθεί διάφοροι μικροκαταστηματάρχες, αλλά μόνο ένα τμήμα του, που αποτέλεσε από τότε την αυλή του Βαρβακείου.
Με το Β.Δ. της 6ης Οκτωβρίου 1886 ιδρύθηκε το «Βαρβάκειον (Πρακτικόν) Λύκειον». Επί μια εικοσιπενταετία στεγάσθηκε σε μεγάλη ιδιωτική οικία της οδού Βουλής 7 που ανήκε στους απογόνους του Θεόδωρου Κολοκοτρώνη αντί μηνιαίου μισθώματος 1.000 περίπου δραχμών. Η οικία αυτή ήταν παλαιού μεν ρυθμού, αλλά ευρύχωρος, τριώροφος με ισόγειο και είχε αυλή. Το σχολείο αυτό, που προετοίμαζε τους μαθητές για το Πολυτεχνείο και τις Στρατιωτικές Σχολές, είχε επτά τάξεις, οι οποίες ονομάζονταν Α’, Β’, Γ’, Δ’, Ε’, ΣΤ’, Ζ’. Έλαβε την ονομασία «Βαρβάκειον Λύκειον», αλλά ο πολύς κόσμος και οι μαθητές το έλεγαν «Πρακτικόν Λύκειον».
Την ιδέα της ίδρυσης ενός τέτοιου ειδικού σχολείου κατά το πρότυπο των γερμανικών Πραγματικών Γυμνασίων (Realgymnasien) είχε συλλάβει ο στρατιωτικός μηχανικός και αρχιτέκτων, Αναστάσιος Θεοφιλάς, ο οποίος από το 1878 ανέλαβε να οργανώσει και να διευθύνει το Πολυτεχνείο και παρέμεινε στη θέση αυτή επί μια εικοσιπενταετία. Ήσαν τα χρόνια κατά τα οποία ο Χαρίλαος Τρικούπης εφάρμοζε ευρύτατο πρόγραμμα δημοσίων έργων με τα οποία ανοιγόταν λαμπρό στάδιο εργασίας στους τεχνικούς επιστήμονες. Γι’ αυτό, πολυάριθμοι ήταν οι απόφοιτοι των Γυμνασίων που προσέρχονταν για σπουδές στο Πολυτεχνείο (τη Σχολή των Βιομηχάνων Τεχνών, όπως λεγόταν τότε). Για την εμπέδωση των γνώσεων και την τελειότερη κατάρτιση των απολυομένων μαθητών από τα Κλασσικά Γυμνάσια και Λύκεια, οι οποίοι ήθελαν να προσέλθουν σε εισιτήριες εξετάσεις στο Πολυτεχνείο και τη Σχολή Ευελπίδων, ιδρύθηκε με το Β.Δ. της 28ης Σεπτεμβρίου 1887 και Η’ τάξη στην οποία διδάσκονταν Ελληνικά και Γαλλικά επί 4 ώρες την εβδομάδα, 2 ώρες Ιστορία και 2 ώρες Γεωγραφία, επί 13 δε ώρες επαναλαμβάνονταν τα διδασκόμενα στο Λύκειο Μαθηματικά.
Τη διεύθυνση του νέου σχολείου η Κυβέρνηση την εμπιστεύθηκε στον Θεόδωρο Κ. Νέγρη, ο οποίος είχε σπουδάσει στην Ευρώπη Φυσικές Επιστήμες, είχε συγγράψει σοβαρές διατριβές σχετικές με τον κλάδο του και είχε διατελέσει καθηγητής στη Σχολή Ευελπίδων. Με προσοχή εξελέγη και το προσωπικό του σχολείου. Έτσι φιλόλογοι προσελήφθησαν ο Α. Οικονόμος, ο Ν. Παπαβασιλείου, ο Μ. Ευαγγελίδης, ο Α. Κεφαλληνός (ο οποίος εκτός των Ελληνικών ανέλαβε να διδάσκει στις πέντε κατώτερες τάξεις τη Γεωγραφία), ο Ε. Ι. Ζολώτας, ο οποίος δίδασκε και τα Θρησκευτικά, ο Π. Καρολίδης, ο οποίος δίδασκε σε όλες τις τάξεις την Ιστορία. Για τα Μαθηματικά προσελήφθησαν ο Δ. Γεωργιάδης, ο Ι. Καμαρινός και ο Ν. Κρίσπης. Για τα Φυσικά ο Α. Κ. Χρηστομάνος και ο Ν. Αποστολίδης. Για τα Γαλλικά δύο Γάλλοι, ο J. Collar για τις κατώτερες τάξεις και ο C. Demaillard για τις ανώτερες. Για τα Τεχνικά μαθήματα (την καλλιγραφία, ελεύθερη σχεδιογραφία και γραμμική ιχνογραφία) ο Λ. Λάντσας, ο Ν. Μπατιστάτος και ο Σ. Λάντσας. Αυτοί δίδασκαν στις αίθουσες που είχαν ειδικά διασκευασθεί στο ισόγειο.
Μολονότι η ίδρυση του νέου σχολείου δεν έγινε δεκτή με πολύ ενθουσιασμό, διότι περιορίζονταν σε αυτό τα Αρχαία Ελληνικά και μολονότι η λειτουργία του άρχισε μετά την έναρξη των μαθημάτων στα άλλα σχολεία, εν τούτοις λειτούργησαν από την πρώτη χρονιά και οι επτά τάξεις του. Επιτροπεία από τον διευθυντή, δύο φιλολόγους κι ένα μαθηματικό εξέτασε τους προσελθόντες υποψηφίους και έκανε δεκτούς 154 μαθητές εκ των οποίων 29 στην Α’ τάξη.
Το σχολείο άρχισε μαθήματα από τα τέλη Οκτωβρίου και το σχολικό έτος πέρασε με σύντονη προσπάθεια των διδασκόντων (η διδασκαλία μόνο της Φυσικής και της Χημείας έγινε κάπως ελλιπής, γιατί δεν υπήρχαν όργανα και χημείο για πειραματική διδασκαλία). Τις προφορικές εξετάσεις κατά τον μήνα Ιούνιο, οι οποίες τελούνταν στα Γυμνάσια πανηγυρικά ενώπιον των γονέων και κηδεμόνων και έπειτα από απολογιστική λογοδοσία του διευθυντή, τίμησε ο πρωθυπουργός Χαρίλαος Τρικούπης, θέλοντας με την παρουσία του να υπογραμμίσει πόση σημασία έδινε στην ευδοκίμηση αυτού του σχολείου. Το 1887 έφτασαν, ειδικά παραγγελθέντα στην Ευρώπη, τα κατάλληλα όργανα Φυσικής και Χημείας, συλλογές ορυκτών, γεωγραφικοί και ιστορικοί χάρτες, οργανώθηκε δε στο ισόγειο του κτηρίου προς την οδό Βουλής ειδικό Εργαστήριο Φυσικής και Χημείας από τους προσληφθέντες νέους καθηγητές αυτών των μαθημάτων, Α. Κ. Δαμβέργη και Σ. Ε. Γιαννόπουλο.
Για την καλύτερη εμπέδωση της πειθαρχίας (χάριν αυτής είχε θεσπισθεί και ειδική στολή χρώματος καφέ με πηλήκιο στρατιωτικό για τους μαθητές) επετράπη με Β.Δ. της 25ης Σεπτεμβρίου να το διευθύνει και ανώτερος αξιωματικός, έτσι τον Οκτώβριο 1888 διορίσθηκε διευθυντής Λυκείου ο αξιωματικός μηχανικού Δ. Γονατάς, ο οποίος είχε τελειοποιηθεί στη Γαλλία και ήταν τότε καθηγητής της Οδοποιίας και της Γεφυροποιίας στο Πολυτεχνείο. Κατά το τρίτο σχολικό έτος εγγράφηκαν στις διάφορες τάξεις πολύ περισσότεροι μαθητές, εκτός δε από αυτούς του Ελεύθερου Κράτους, γράφτηκαν σε αυτό και 31 μαθητές από τον Έξω Ελληνισμό: από την Κων/λη 7, από τη Σμύρνη 6, από τις Κυδωνίες 1, την Προύσα 1, την Έφεσο 1, την Τραπεζούντα 1, τη Χίο 1, τις Σέρρες 1, τη Χαλκιδική 1, την Ήπειρο 7, την Κύπρο 1, την Οδησσό 1, το Λίβερπουλ 1.
Την καλή φήμη του «Βαρβακείου Λυκείου» μεγάλωνε το γεγονός ότι παρά τις συνήθεις επεμβάσεις των πολιτικών στα σχολεία, οι εξετάσεις στο «Βαρβάκειον Λύκειον» ήταν αδιάβλητες.