Τον Ιανουάριο του 1921 επήλθε σπουδαία μεταβολή στο «Βαρβάκειον (Πρακτικόν) Λύκειον». Προσαρτήθηκε στο Διδασκαλείο της Μέσης Εκπαιδεύσεως και χρησιμοποιήθηκε ως πρότυπο για την εκπαίδευση των φοιτώντων καθηγητών σε αυτό.
Από παλιά είχε αναγνωρισθεί η ανάγκη οι υπηρετούντες στα σχολεία της Μέσης Τάξεως (τα οποία είχαν ονομασθεί από τους Βαυαρούς, Ελληνικά Σχολεία και τα οποία λειτούργησαν από το 1836-1930), όπως και στα σχολεία της Ανωτέρας Τάξεως, τα Γυμνάσια, εκτός της επιστημονικής τους μόρφωσης να έχουν και παιδαγωγικές γνώσεις. Για μεγάλο χρονικό διάστημα είχε διδάξει στο Πανεπιστήμιο γυμνασιακή παιδαγωγική ο Δημήτρης Ζαγγογιάννης, ο οποίος είχε γράψει και «Οδηγίας δια την διδασκαλίαν των Θρησκευτικών και των Αρχαίων Ελληνικών», οι οποίες εκτυπώθηκαν στο Εθνικόν Τυπογραφείον το 1899 και διανεμήθηκαν δωρεάν στους διδασκάλους που υπηρετούσαν στα Ελληνικά Σχολεία και τα Γυμνάσια. Αυτός όμως, μετά από διετή υπηρεσία απολύθηκε, η θέση του καθηγητή της Παιδαγωγικής στο Πανεπιστήμιο παρέμεινε κενή μέχρι του 1912, καμιά άλλη οδηγία για τα άλλα μαθήματα δεν είχε δοθεί. Έτσι οι διδάσκοντες δίδασκαν όπως ο καθένας ήθελε, αποβλέποντας μόνο στην πρόσκτηση όσο το δυνατόν περισσότερων γνώσεων από τους μαθητές και οι ελληνιστές στην ακριβή εκμάθηση της αρχαίας και της καθαρεύουσας.
Για να συμπληρώσει την έλλειψη αυτή ο Υπουργός Παιδείας επί Κυβερνήσεως Δραγούμη, Ανδρέας Παναγιωτόπουλος, με νόμο της 8ης Απριλίου 1910 ίδρυσε για την παιδαγωγική μόρφωση των υπηρετούντων στα Ελληνικά Σχολεία και τα Γυμνάσια το Διδασκαλείον Μέσης Εκπαιδεύσεως. Του Διδασκαλείου διευθυντής ορίσθηκε ο Ν. Εξαρχόπουλος. Σε αυτό επρόκειτο να φοιτήσουν αποσπώμενοι, με πλήρεις αποδοχές, 50 εκπαιδευτικοί λειτουργοί της Μέσης Εκπαιδεύσεως, κάθε έτος, φιλόλογοι, θεολόγοι, μαθηματικοί και φυσικοί, οι οποίοι θα άκουγαν παιδαγωγικά και άλλα θεωρητικά μαθήματα που θα διδάσκονταν από τον Διευθυντή (φιλόλογο), τον Υποδιευθυντή (ο οποίος έπρεπε να είναι μαθηματικός ή φυσικός) και άλλους καθηγητές που δίδασκαν με επιμίσθιο. Θα παρακολουθούσαν δε την πρακτική εφαρμογή των διδασκομένων σε ένα Κλασσικόν Γυμνάσιον, το οποίο ονομάσθηκε Πρότυπον και σε ένα Πρότυπον Ελληνικόν Σχολείον, τα οποία με περιορισμένο αριθμό μαθητών (κατ’ αρχάς 25, έπειτα 30) προσαρτήθηκαν σε αυτό και στο τέλος του σχολικού έτους θα υφίσταντο δοκιμασία και στα θεωρητικά μαθήματα και στην πρακτική διδασκαλία και θα έπαιρναν Παιδαγωγικό Πτυχίο.
Το Διδασκαλείο αυτό μαζί με τα Πρότυπα Σχολεία του εγκαταστάθηκε για κάποιους μήνες σε κτήριο στη συμβολή των οδών Πατησίων και Σολωμού και στη συνέχεια σε οίκημα, κοντά στην πλατεία Κουμουνδούρου, την άλλοτε κατοικία του πρωθυπουργού Αλέξανδρου Κουμουνδούρου και λειτούργησε εκεί από το 1911-1920 με διευθυντές τον Ν. Εξαρχόπουλο, τον Δ. Γληνό και τον Ν. Καπετανάκη, οι οποίοι είχαν και την εποπτεία των προσαρτημένων Προτύπων Σχολείων (Γυμνασιάρχης και Σχολάρχης δεν υπήρχε). Υποδιευθυντές (οι οποίοι είχαν σπουδάσει και τα παιδαγωγικά στην Ευρώπη) διετέλεσαν ο μαθηματικός Δ. Κουμανταράκης, έπειτα ο επίσης μαθηματικός Νείλος Σακελλαρίου και κατόπιν ο φυσικός Ι. Γεωργόπουλος. Αυτοί δίδασκαν την Ψυχολογία, την Ιστορία της Παιδαγωγικής και την Ειδική Διδακτική των φυσικομαθηματικών μαθημάτων.
Κατά το πρώτο έτος της ιδρύσεώς τους (1910-1911) τα δύο Πρότυπα λειτούργησαν ελλιπώς. Διδακτήριο καλό δεν είχε εξευρεθεί έγκαιρα και οι μαθητές ήταν λίγοι (125 περίπου γράφτηκαν στις επτά τάξεις τους). Οι πρώτοι καθηγητές ήσαν οι εξής: Φιλόλογοι, ο Δ. Γουδής, ο Α. Τζάρτζανος, ο Γ. Στρίγκος, ο Σ. Κουγέας, ο Ε. Σκάσσης, ο Χ. Σκαλισιάνος και ο Ν. Μπέρτος. Μαθηματικός ο Ι. Βαϊνόπουλος, Φυσικοί ο Σ. Αθανασόπουλος και ο Θ. Μελιδόνης. Γυμναστής ο Δ. Στριφτός. Καθηγητής της Ιχνογραφίας ο Α. Παπαντωνίου. Σε όλους, για να αφοσιωθούν εντατικότερα στο έργο τους, απαγορεύτηκε η διδασκαλία σε ιδιωτικά σχολεία, σε αντιστάθμισμα δόθηκε μηνιαίο επιμίσθιο 100 δραχμών.
Ο Σύλλογος με τις οδηγίες του Διευθυντή ασχολήθηκε τους πρώτους μήνες του σχολικού έτους με συζητήσεις και αποφάσεις για τις αναγκαίες μεταρρυθμίσεις σχετικά με τον καλύτερο τρόπο διδασκαλίας των μαθημάτων και της ευπροσώπου λειτουργίας των Σχολείων. Μετά από λίγο νοικιάσθηκε η οικία Κουμουνδούρου και από την 9η Φεβρουαρίου 1911 συνεχίσθηκαν εκεί τα μαθήματα.
Από το επόμενο έτος 1911-1912 τα Πρότυπα Σχολεία άρχισαν να λειτουργούν κανονικά καθώς και το Διδασκαλείο. Είχαν προσκληθεί σε αυτό για παιδαγωγική μόρφωση 53 καθηγητές από την επαρχία. Αφού εξετάσθηκαν στο τέλος του έτους, κρίθηκαν επιτυχόντες και έλαβαν Παιδαγωγικό Πτυχίο 49, απέτυχαν 4.
Τον Αύγουστο του 1912 ο Νικόλαος Εξαρχόπουλος διορίσθηκε καθηγητής της Παιδαγωγικής στο Πανεπιστήμιο και αποχώρησε. Τη θέση του κατέλαβε από την 21η Σεπτεμβρίου 1912 ο Δημήτριος Γληνός και αργότερα από τον 21η Αυγούστου 1917 ο Δημήτριος Καπετανάκης.
Το Διδασκαλείον με τα προσαρτημένα σε αυτό Πρότυπα, Κλασσικόν Γυμνάσιον και Κλασσικόν Ελληνικόν Σχολείον, λειτούργησαν κανονικά, στεγαζόμενα (πλην μικρού διαλείμματος κατά τους πολέμους 1912-1913) στο οίκημα Κουμουνδούρου, μέχρι τέλους του 1920.
Επειδή τότε κρίθηκε ότι προκειμένου να ιδρυθούν και άλλα Πραγματικά (Πρακτικά) Λύκεια οι μαθηματικοί και οι Φυσικοί που φοιτούσαν στο Διδασκαλείο θα έπρεπε να παρακολουθήσουν και τα ανώτερα μαθηματικά και φυσικά, τα διδασκόμενα στα Λύκεια καθώς και τη μέθοδο της διδασκαλίας τους, αποφασίσθηκε τον Δεκέμβριο του 1920 να εγκατασταθεί το Διδασκαλείο με τα Πρότυπά του στο Βαρβάκειον Διδακτήριον, το δε «Βαρβάκειον (Πρακτικόν) Λύκειον» περιοριζόμενο σε τέσσερις ανωτέρας τάξεις να ονομασθεί κι αυτό Πρότυπο, προσαρτώμενο στο Διδασκαλείον Μέσης Εκπαιδεύσεως. Στην απόφαση αυτή συνέτεινε και η έλλειψη κτηρίου στο οποίο το Υπουργείο ήθελε να στεγάσει το τότε ιδρυθέν Διδασκαλείον προς μόρφωση των καθηγητών της Γαλλικής, για την οργάνωση και λειτουργία του οποίου είχαν ήδη έλθει με αποστολή από τον Βενιζέλο και άλλη Γαλλική Αποστολή και για το οποίο κρίθηκε ως καταλληλότερη η οικία Κουμουνδούρου.
Στις διακοπές των Χριστουγέννων 1920 μετακόμισε στο «Βαρβάκειον Λύκειον» (το Διδακτήριο δηλαδή της Αγοράς) το Διδασκαλείον Μέσης Εκπαιδεύσεως, με τα δύο Πρότυπα Σχολεία του. Και αυτά μεν εγκαταστάθηκαν στις ωραίες αίθουσες του δευτέρου ορόφου, τις οποίες κατείχε έως τότε το «Βαρβάκειον (Πρακτικόν) Λύκειον» και ορισμένες αίθουσες της νότιας πλευράς του πρώτου ορόφου (τα δύο Ελληνικά Σχολεία, τα οποία λειτουργούσαν εκεί είχαν ήδη μεταφερθεί αλλού), το δε «Βαρβάκειον (Πρακτικόν) Λύκειον» περιορίσθηκε στις τέσσερις αίθουσες της βόρειας πλευράς του πρώτου ορόφου και παρέμειναν έκτοτε εκεί. Και το μεν γραφείο του Κλασσικού Γυμνασίου και του Κλασσικού Ελληνικού Σχολείου εγκαταστάθηκε στην προς τα δεξιά προς τον εισερχόμενο αίθουσα του κάτω πατώματος, το δε γραφείο του «Βαρβακείου (Πρακτικού) Λυκείου» σε όπισθεν αυτής άλλην επιμήκη αίθουσα που έβλεπε προς τις εισόδους των τάξεων των μαθητών. Τότε και οι τάξεις του Λυκείου μετονομάσθηκαν αντί Ζ΄, ΣΤ΄, Ε΄ και Δ΄ σε Δ΄, Γ΄, Β΄, και Α΄, όπως και οι αντίστοιχες τάξεις του Κλασσικού Γυμνασίου (οι μικρές τάξεις είχαν καταργηθεί). Κοινές παρέμειναν προς χρήση και των δύο Προτύπων οι αίθουσες της Φυσικής, της Χημείας και του Σχεδίου.
Έτσι το «Βαρβάκειον (Πρκατικόν) Λύκειον» το οποίο είχε λειτουργήσει από το 1886 μέχρι το 1920 ως ανεξάρτητο σχολείο, έχασε την αυτοτέλειά του και υπήχθη κάτω από την άμεση εποπτεία του Διευθυντή του Διδασκαλείου Μέσης Εκπαιδεύσεως, περιορίσθηκε ο αριθμός των μαθητών κάθε τάξης του σε 30, όσοι επιτρέπονταν να είναι στα Κλασσικά Πρότυπα. Όσοι άλλοι μαθητές ήθελαν να εγγραφούν στο Πρακτικό Τμήμα αποστέλλονταν στο Α΄ Πρακτικόν Λύκειον Αθηνών, το οποίο ιδρύθηκε τότε με το ίδιο πρόγραμμα του «Βαρβακείου (Πρακτικού) Λυκείου» και του οποίου οι πρώτες τάξεις λειτούργησαν στο ισόγειο του Σχολείου, αργότερα μεταφέρθηκαν στο τέρμα Αμπελοκήπων.
Η μεγάλη αίθουσα του δευτέρου ορόφου (η αίθουσα των εορτών) ορίσθηκε ως αίθουσα διδασκαλίας για τους φοιτώντες στο Διδασκαλείο καθηγητές και στις δύο, απέναντι αυτής, μικρές αίθουσες εγκαταστάθηκαν, στη μία ο Διευθυντής και στην άλλη ο Υποδιευθυντής του Διδασκαλείου.
Το 1921, λόγω των γεγονότων (πολεμικές επιχειρήσεις στη Μ. Ασία), τα μαθήματα τελείωσαν στις 30 Απριλίου. Το σχολικό έτος 1921-1922 πέρασε με αγωνία, αλλά τα μαθήματα έγιναν κανονικά από τις 18 Σεπτεμβρίου 1921 μέχρι του τέλους Μαΐου 1922.
Κατά τα μέσα Αυγούστου επήλθε η φοβερή καταστροφή στη Μ. Ασία. Εκατοντάδες χιλιάδες άνθρωποι άρχισαν να καταφθάνουν κατατσακισμένοι στην Ελλάδα και πολλοί από αυτούς στον Πειραιά και την Αθήνα. Φυσικό ήταν μεταξύ των πρώτων να χρησιμοποιηθούν τα οικήματα των σχολείων για την πρόχειρη στέγαση των προσφύγων. Το Βαρβάκειο εξαιρέθηκε, αλλά έπρεπε σε αντάλλαγμα να στεγάσει τα άλλα γυμνάσια, τα οικήματα των οποίων επιτάχθηκαν. Έτσι, τα Πρότυπα περιορίσθηκαν σε δωδεκάωρη, μόνο, κάθε εβδομάδα διδασκαλία των μαθητών τους, τις πρωινές ώρες 8 π.μ.-12 μ.μ. της Δευτέρας, Τετάρτης και Παρασκευής, στις άλλες δε ώρες και ημέρες στέγασαν για δωδεκάωρη επίσης εβδομαδιαία διδασκαλία από της 8ης πρωινής έως 8ης εσπερινής άλλα πέντε γυμνάσια των Αθηνών (τη νύχτα ερχόταν πάντοτε στο ισόγειο και τον α’ όροφο η Βιοτεχνική Σχολή).
Έτσι, πραγματικά, το Βαρβάκειο έγινε κυψέλη αδιακόπως βομβουσών μελισσών και εστία διαρκούς παροχής φώτων σε χιλιάδες Αθηναίους γυμνασιόπαιδες. Τα μαθήματα τελείωσαν την 30η Μαΐου. Κατά τον ίδιο περίπου τρόπο πέρασε και το επόμενο σχολικό έτος 1923-1924. Λόγω ζητήσεως πολλών γονέων επετράπη να αυξηθεί ο αριθμός των μαθητών κάθε τάξης των Προτύπων μέχρι 40.
Από το 1924-1025 λειτούργησαν κανονικά και τα τρία Πρότυπα. Το 1927-1928, επειδή παρατηρήθηκε ότι πολύς χρόνος χανόταν με την τέλεση γραπτών διαγωνισμάτων κάθε τρίμηνο, αποφασίσθηκε από το Υπουργείο η διαίρεση κάθε έτους σε δύο εξάμηνα και τα διαγωνίσματα περιορίσθηκαν σε δύο. Τον Φεβρουάριο του 1928 πυρκαγιά αγνώστου αιτίας αποτέφρωσε σε μια νύχτα όλα τα παραπήγματα. Επωφελούμενος από την απελευθέρωση του χώρου, ο οποίος ανήκε στο «Βαρβάκειον Λύκειον», εφ’ όσον ουδεμία σκέψη γινόταν για μεταφορά του σχολείου σε άλλο μέρος, ο τότε Διευθυντής του Διδασκαλείου της Μέσης Εκπαιδεύσεως ζήτησε από το Υπουργείο Παιδείας να μην επιτραπεί η εκ νέου ανέγερση των παραπηγμάτων, αλλά να περιφραχθεί ολόκληρος ο χώρος μέχρι της οδού Αθηνάς, για να μην καταστεί πάλι εστία θορύβου και ακαθαρσιών και γιατί τα Πρότυπα Σχολεία είχαν ανάγκη να ανεγείρουν εκεί πιο ευρύχωρο Γυμναστήριο και Σχολικό Κήπο. Το αίτημα δεν εισακούσθηκε, ο δε Δήμος Αθηναίων ανήγειρε νέα παραπήγματα, πολύ περισσότερα από τα προηγούμενα, δημιουργώντας δρόμους και διαδρόμους μεταξύ αυτών. Αυτά τα εκμίσθωνε από τότε τακτικά στους ενδιαφερόμενους, για να έχουν μαγαζάκι σε τόσο κεντρικό χώρο.
Από το 1929-1930 εφαρμόσθηκε η νέα Οργάνωση της Εκπαίδευσης, το εξαετές Δημοτικόν Σχολείον και το εξαετές Γυμνάσιον. Σύμφωνα με τη μεταρρύθμιση αυτή και το Πρότυπον Ελληνικόν Σχολείον από το 1929-1930 καταργήθηκε, το Πρότυπο Κλασσικόν Γυμνάσιον έγινε εξαετές, του δε Προτύπου Βαρβακείου Λυκείου οι τέσσερις τάξεις έλαβαν την ονομασία, Γ΄, Δ΄, Ε΄ και ΣΤ΄.