В 1860 г. областное правление поручило ему открыть начальную школу для казахских детей в Оренбургском укреплении (Тургай) и назначило учителем русского языка. На средства меценатов он приступил к строительству школьного помещения, которое в 8 января 1864 году торжественно было открыто. На учебу записалось 16 мальчиков. При школе был создан интернат.
Работа Алтынсарина в школе была оценена. Начальник Оренбургского укрепления, переименованного впоследствии в г. Тургай, 22 января 1864 г. сообщал оренбургскому и самарскому генерал-губернатору, что «открытие школы ордынцами встречено с непритворной радостью и благодарностью». Об учителе этой школы И. Алтынсарине: «Училище по заботливости и примерному усердию смотрителя зауряд-хорунжего Алтынсарина содержится весьма хорошо и чисто… Быстрые успехи киргизских воспитанников, в самое короткое время, подают верную надежду, что столь благодатное Тургайское заведение в короткое время принесет желаемые плоды и оправдает себя».
Сам Алтынсарин писал 16 марта 1864 года: «Как голодный волк за барана, взялся я горячо за учение детей; и, к крайнему моему удовольствию, мальчики эти в течение каких-нибудь трех месяцев выучились читать и даже писать по-русски и по-татарски… Словом, надеюсь, что эти молодцы в течение 4-х лет, по окончании курса, будут говорить порядочно и узнают кое-что. Стараюсь всеми силами, чтобы подействовать еще на их нравственность, чтобы они впоследствии не были взяточниками».
Перу Алтынсарина принадлежат два учебных пособия, увидевших свет в 1869 г.: «Киргизская хрестоматия» и «Начальное руководство в обучении киргизов русскому языку».
В 1869 году поступил на службу в Тургайское уездное управление в качестве делопроизводителя, затем исполнял обязанности старшего уездного начальника и временно исполнял обязанности уездного судьи. По долгу службы бывал в аулах, участвовал в выборах волостного управителя и аульных старшин.
При выборах Алтынсарин пытался практически повлиять на успех справедливого решения, не давать ходу подкупам, взяточничеству и злоупотреблениям. Недовольные баи подавали на него жалобы в областное правление, военному губернатору и далее министру внутренних дел, обвиняя его в нарушении правил выборов, предусмотренных «Временным Положением» 1868 г. Они добивались отстранения Алтынсарина от службы в уездном управлении. Например, в 1883 г. при выборах управителя Араказагайской волости Николаевского уезда Алтынсарин добился избрания третьего лица вместо выдвигавшихся 2 баев. В одной из жалоб на Алтынсарина его называют «социалистом», и по этому делу было проведено расследование.
Выступал против политики царизма. Об этом свидетельствует его статья в 1880 году на страницах газеты «Оренбургский листок».
В 1879 г. получает назначение на должность инспектора школ Тургайской области. Вступив в должность инспектора школ Тургайской области, Алтынсарин открыл по одному двухклассному русско-киргизскому училищу в Иргизском, Николаевском, Тургайском и Илецком уездах и укомплектовал эти училища учениками и учителями. Особое значение придавал оборудованию этих училищ. Много внимания уделял созданию библиотек при каждой школе, «При училищах Тургайской области, — писал Алтынсарин, — я намеревался учредить библиотеки учительские и ученические, на что я и собрал уже 600 руб. Цель этих библиотек заключается не только в том, чтобы книгами из них пользовались одни учащиеся и учителя; но чтобы и окончившие курс (ученики), грамотные вообще люди, имели в степи места, откуда есть возможность брать полезные книги и руководства к дальнейшему их самообразованию».
Алтынсарин потратил много сил и энергии на открытие ремесленных и сельскохозяйственных училищ, придавал исключительное значение подготовке из среды коренного населения специалистов, необходимых для экономического развития Казахстана. На склоне лет свое состояние завещал на строительство сельско-хозяйственого училища в Костанае.
Много труда вложил в начало организации женского образования. При его поддержке открылась женская школа в Иргизе. Позднее женские училища с интернатом открылись в Тургае в 1891 году, в Кустанае — в 1893 г., в Актюбинске (Актобе) — в 1896 г.
В целом, Алтынсарину удалось открыть четыре двухклассные центральные русско-киргизские училища, одно ремесленное училище, одно женское училище, пять волостных училищ, два училища для русских детей.
В своих переводах из русских классиков и в оригинальных произведениях на казахском языке пропагандировал идеалы демократического просветительства. Плодотворно трудился для развития национальной литературы и культуры, в области формирования казахского литературного языка. Перевел на казахский язык произведения Л. Толстого, К. Ушинского, И. Крылова, И. Паульсона и др.
Его перу принадлежат рассказы и новеллы «Қыпшақ Сейiт» («Кыпчак Сейит»), «Киiз үй мен, ағаш үй» («Кибитка и дом»), «Асыл шөп» («Драгоценная трава»), «Шеше мен бала» («Мать и сын»), «Бай мен жарлы баласы» («Сын бая и сын бедняка»), «Таза бұлақ" («Чистый родник»).
