В конце 1872 г. И. В. Мичурин получил место коммерческого конторщика товарной конторы станции Козлов (Рязано-Уральская железная дорога, позднее — станция Мичуринск, Московско-Рязанской железной дороги). Уже через два года Мичурин занимает должность помощника начальника, но не надолго, ссора с начальником станции нарушила планы. Мичурин сменил работу и стал ремонтировать часы и сигнальные аппараты.
Вскоре ему удалось снять заброшенную усадьбу в районе Козлова, площадью 130 га., с небольшим земельным участком, на котором Мичурин начал ставить селекционные опыты с более чем 600 видов растений. Перейдя в городскую усадьбу знакомых, Мичурин вывел первые сорта растений: малина Коммерция, вишня Гриот, вишня Краса севера и др. Но через несколько лет и эта усадьба оказалась переполненной растениями.
Несколько раз Мичурин переносил питомник, приобретая участки земли с большей площадью. Это достигалось изнурительным трудом и жесткой экономией средств. Долгие годы работы в области гибридизации принесли результаты - Мичурин создал ценные сорта яблони: Антоновка полуторафунтовая, Кандиль-китайка, Ренет бергамотный, Славянка; груши: Бере зимняя Мичурина, Бергамот Новик; сливы: Ренклод золотистый, Ренклод реформа, Терн сладкий и других культур. Он впервые в истории плодоводства создал в средней полосе зимостойкие сорта черешни, миндаля, винограда, папирусного табака, масличной розы и др. Мичурин убеждается в безуспешности метода акклиматизации путём прививки, и делает вывод, что почва питомника — мощный чернозем, — является жирной и «балует» гибриды, делая их менее устойчивыми к опустошительной для теплолюбивых сортов «русской зиме».
В 1906 году свет увидел первые научные публикации И. В. Мичурина, затрагивающие проблему нового выведения сортов плодовых деревьев. Уже в 1912 году Мичурин за свои достижения был награжден орденом Анны третьей степени. В 1913 году американцы предложили Мичурину продать коллекцию сортов, на что получили отказ селекционера.
После Октябрьской революции Мичурин продолжал свои труды и наконец то получил государственную поддержку. В 1918 г. по его просьбе питомник был национализирован, а Иван Владимирович назначен его директором. В 1921 и 1923 гг. местные власти выделяли для питомника дополнительные земли. К 1922-му году Мичурин произвел свыше 150 новых сортов плодовых деревьев и кустарников: яблони- 45 сортов, груши- 20 сортов, вишни- 13 сортов, черешни- 6 сортов, рябины- 3 сорта и т. д.
В 1923 году в Москве была открыта первая Всесоюзная сельскохозяйственная выставка, на которой были представлены и достижения Мичурина. Экспертная комиссия выставки присудила Мичурину высшую награду – диплом ЦИК СССР. 20 ноября 1923 г. питомник имени И.В. Мичурина был признан общегосударственным учреждением и получил наименование Опытный питомник им. И.В. Мичурина. Далее в 1928 г. он был переименован в Государственную селекционно-генетическую станцию им. И.В. Мичурина, а в 1934 г. станция преобразовалась в Центральную генетическую лабораторию им. И.В. Мичурина.
В 1925 году правительство СССР отметило приветствиями 50-летие деятельности Мичурина и наградило его орденом Трудового Красного Знамени. А 7 июня 1931 года он был награжден орденом Ленина. В канун своего 80-летия Мичурин был удостоен множества почетных званий: Заслуженный деятель науки и техники (1934), доктор биологических и с.-х. наук (1934), академик ВАСХНИЛ (1935), почетный член АН СССР (1935), почетный член Чехословацкой земледельческой академии (1935).
Важнейшие вопросы, разработанные Мичуриным: межсортовая и отдалённая гибридизация, методы воспитания гибридов в связи с закономерностями онтогенеза, управление доминированием, ментора методическая оценка и отбор сеянцев, ускорение селекционного процесса с помощью физических и химических факторов. Мичурин создал теорию подбора исходных форм для скрещивания. Им установлено, что "чем дальше отстоят между собой пары скрещиваемых растений - производителей по месту их родины и условиям их среды, тем легче приспособляются к условиям среды в новой местности гибридные сеянцы". Скрещивание географически отдалённых форм широко использовали после Мичурина и многие другие селекционеры. Мичурин разработал теоретические основы и некоторые практические приёмы отдалённой гибридизации. Предложил методы преодоления генетического барьера несовместимости при отдалённой гибридизации: опыление молодых гибридов при их первом цветении, предварительное вегетативное сближение, применение посредника, опыление смесью пыльцы и др.
Кроме этого Мичурин был неплохим механиком-изобретателем. Он сконструировал и изготовил машину для резки табака, перегонный аппарат для определения процента розового масла, инструменты для опыления и прививки, разработал уникальный способ воздушного укоренения черенков.
Умер 7 июня 1935 г.