1868. október 1-jén létre is jön a felekezeti jelleg nélküli alreáliskola, három osztállyal. Innentől minden tanévben egy-egy osztállyal (évfolyammal) bővítik az intézményt. Az első évben 157 tanuló iratkozott be. A következő tanévben már 207 tanulója volt az iskolának, és ebből több mint 100 elsős! Bár még csak a negyedik osztályt indították el, de az intézmény nevét már Főreáliskolává változtatják. A gyors ütemű fejlődés következtében az 1871/72-es tanévben a hatodik osztály megszervezésével a főreáliskola teljessé vált. Ekkor, 1872-ben már bővíteni kellett az épületet is. Elkészült a Liszt Ferenc utcai szárny, amelyet bár kiegészítésként emeltek, de korántsem „mellékszárny”. A kialakult iskolaépület L alakjának hosszabbik szárát alkotja. Ennek a toldásnak köszönhetően lett a belvárosi iskolaház iskolapalotává.
A reáloktatás – a mai szakképzéshez hasonlóan – költséges képzési forma volt. Az eszközök, a kísérleti anyagok, a szertári felszerelések nagy anyagi terhet jelentettek az iskolafenntartó számára. Már a főreáliskola megalakulásakor szembe kellett nézni ezzel a problémával. 1873-tól a pénzügyi gondokra hivatkozva többször kérték az iskola államosítását. Végül Trefort Ágostonvallás- és közoktatásügyi miniszternek, Sopron akkori országgyűlési képviselőjének hathatós segítségével a minisztérium értesítette a város elöljáróit, hogy 1876. január 1-től a főreáliskolát állami kezelésbe veszi. Ugyanez a Trefort Ágoston előző évi leiratában a főreáliskolákat kötelezően nyolcosztályossá bővítette, és előírta, hogy az 1875/76-os tanévben 7.-ben, az azt követő tanévtől pedig 8.-ban a főreáliskolai tanulóknak is érettségi vizsgát kell tenniük. Így intézményünkben is 1875 őszén megnyílt a hetedik, 1876-ban pedig a nyolcadik osztály. Az első érettségi vizsga tehát az államosítás évében, 1876-ban volt. Hat év múlva törvény fogja kimondani, hogy középiskola néven csak a gimnáziumok és a reáliskolák értendők. Mindkét középiskola nyolcosztályos, de míg a gimnáziumi érettségi minden főiskolára és egyetemre felvételre jogosít, addig a reáliskolai érettségi csak a műegyetemre, a tudományegyetemek matematikai–természettudományi karára, továbbá a bányászati, erdészeti és gazdasági akadémiákra. Ugyanakkor a reáliskolai tanulók a latin vagy görög nyelvből tett kiegészítő vizsgával „egyenjogúsíthatták” érettségijüket.
A nyolcosztályos képzés tehát lehetővé tette az érettségi vizsga bevezetését, és ezzel a felsőbb tanulmányokra való jelentkezést. Az antik nyelvekből letehető kiegészítő vizsga pedig szélesebbre tárta a főiskolai, egyetemi lehetőségek választékát. Mindez még vonzóbbá tette a főreáliskolát Sopronban is.
A főreáliskola hat évtizedes működése az intézmény múltjának páratlanul fényes korszaka. A főreáliskola megalakulásától nyugdíjba vonulásáig itt tanít (10 szakterületen!) Rösch Frigyes, az első magyar torna- és tűzoltóegylet megalapítója, az első magyarországi tornacsarnok – a soproni – megépíttetője A reáliskolában a kémia, akkori nevén a vegytan, a kiemelt tárgyak közé tartozott. A színvonalas oktatást a Dr. Wallner Ignác által 1872 óta rendszeresített vegytani gyakorlatok is segítették. A vegytani laboratóriumban nemcsak az iskolai oktatás igényeit elégítették ki, de a modern idők KÖJÁL-os, ÁNTSZ-es feldataihoz hasonló munkát végeztek is a város számára. A tanulók itt szerzett kémiai tudását a külföldi műegyetemek is elismerték.
Bell telefonjának szabadalmaztatását mindössze egy évvel követve, Salamin Leó fizikatanár itt bonyolította le 1877-ben hazánk első távolsági beszélgetését, Sopron és Pinnye között.
A rajztanítás a főreáliskolában messze túlszárnyalta a kor hasonló jellegű iskoláinak színvonalát. Hauser Károly és Seemann Kálmán nevelése nyomán lett országos rangú festő-grafikussá Ágoston Ernő. De a 20. századi iskolára is hatott a hagyományosan magas színvonalú rajzoktatás. Itt érettségizett 1915-ben Perényi Kálmán festőművész. A két világháború között egész festő- és rajztanár-nemzedék nőtt fel a Munkácsy-díjas Horváth József keze alatt, aki kollégájával, Janesitz Henrikkelegyüttműködve országosan ismertté tette a Széchenyi István reáliskolában folyó rajzoktatást. Diákjaik között volt a később szintén Munkácsy-díjas Kunt Ernő festő- és Szakál Ernőszobrászművész. De Reinecker János, Richly Emil, Roisz Vilmos, Sebestyén Ferenc, Varga László, Schey Ferenc, Ákos Ernő és Szarka Árpád is az ő tanítványuk volt. A két utóbbi diák később a rajztanítás stafétabotját is átvette az intézményben.
1876-ban kerül az iskolához a történelem–földrajz szakos Bella Lajos, aki ásatásai révén idehaza és külföldön is hírnevet szerzett magának. 1887-ben kezdte meg legjelentősebb feltárásait a Sopron környéki Várhelyen, ahol kora vaskori kelta földvár maradványai kerültek a felszínre. De millenniumi időszakban itt találjuk dr. Viszota Gyulát is, aki soproni tanárkodása alatt kezdte meg Széchenyi István munkásságának feltárását, és lett később kultúrtörténetünk egyik legjelentősebb Széchenyi-kutatójává.