Число опытных сельскохозяйственных учреждений быстро увеличивалось. Если в 1902 г. в России имелось 60 таких учреждений, то к 1910 г. их количество возросло до 110. Почти все они проводили полевые опыты, 24 — вели вегетационные опыты, 80 — занимались метеорологическими наблюдениями, 21—проводили естественноисторическое изучение районов. Испытанием машин занимались 34 опытных учреждения, селекцией—10. Коллективные опыты проводило 21 учреждение. Общее число опытных станций и полей в России к 1913 г. достигло 264.
Соединение высшей школы и опытных станций, являющееся, по словам И. А. Стебута, «одним из условий успеха сельскохозяйственного образования», осуществилось в 1912 г. Тогда в составе Московского сельскохозяйственного института стала работать организованная еще в 1903 г. первая в России селекционная станция (Д. Л. Рудзинский), было заново реорганизовано опытное поле, работавшее по широкой программе полевых и лабораторных исследований (А. Г. Дояренко), начали работать станции по испытанию машин (В. П. Горячкин), льняная (И. С. Шулов), фитопатологическая (С. И. Ростовцев) .
В начале XX в. широкое развитие получили «коллективные опыты» в крестьянских хозяйствах. Их целью являлось испытание простейших приемов агротехники, главным образом удобрения, а также проверка в различных условиях районов результатов работ стационарных опытных учреждений. Такого рода опыты были начаты Пермским земством еще в 1892 г., а в 1905—1908 гг. они начались в Московской, Екатеринославской, Владимирской губерниях. В последующие годы они получили значительное развитие также в Киевской, Черниговской, Нижегородской, Вятской, Смоленской и других губерниях. В 1908—1913 гг. коллективные опыты проводились более чем в 40 губерниях.
Рост сети опытных учреждений вызвал необходимость внести плановое, организующее начало в их деятельность. Эта работа осуществлялась на съездах и совещаниях по сельскохозяйственному опытному делу, проводившихся в 1901, 1902, 1908, 1913 гг. Начало положили первые два съезда, проходившие под руководством И. А. Стебута. В 1908 г. в связи с проектом организации порайонного изучения сельского хозяйства (с разделением территории страны на 7 зон-областей) был принят областной принцип построения сети опытных учреждений.
Для первых двух десятилетий XX в. характерно обособление и успешное развитие основных агрономических дисциплин. В итоге русская наука завоевала передовые позиции в ряде теоретических и прикладных разделов агрономии.
Положение «Земледелие стало тем, что есть, только благодаря развитию агрономической химии и физиологии растений» (К. А. Тимирязев) явилось руководящим в разработке тех разделов научной агрономии, которые впоследствии блестяще развил Д. Н. Прянишников (1865—1948). Его исследования и работы его школы охватили широкий круг вопросов азотного обмена, использования растениями труднорастворимых фосфатов, физико-химических свойств почвы и известкования, применения азотных, фосфорных и калийных удобрений. Прянишников провел и первые в России опыты по химической переработке фосфатных руд. Выдающуюся роль в развитии агрохимии сыграл П. С. Коссович (1862— 1915), работавший над вопросами использования растениями фосфорной кислоты фосфоритов, поступления азота в растение, биологического поглощения азота в почве, клевероутомления, круговорота серы и хлора, применения органических удобрений, а также в области почвоведения. Велики заслуги и К- К. Гедройца (1872— 1932), создавшего учение о почвенном поглощающем комплексе. Большой след в агрохимической науке оставили и работы В. С. Буткевича, И. С. Шулова, М. А. Егорова, С. П. Франкфурта, С. М. Богданова, А. И. Душечкина, А. Н. Лебедянцева. Последний, в частности, показал возможность применения фосфоритной муки в зоне северных черноземов.
С именем В. Р. Вильямса (1863—1939) связано развитие идей В. В. Докучаева, Н. М. Сибирцева, П. А. Костычева в области агропочвоведения, учения о едином почвообразовательном процессе, учения о почвенной структуре, а также работы в области луговедения. В начале XX в. происходит сближение геологических и агрономических дисциплин. В этой связи надо упомянуть работы Комиссии по исследованию фосфоритов, руководимой Я. В. Самойловым (1870—1925)—создателем учения об агрономических рудах. Она провела большие исследования фосфоритных месторождений.
Основатель агрометеорологии П. И. Броунов выступил с учением о «критических периодах» в жизни растений, которое в дальнейшем развивали И. А. Пульман’ В. П. Заленский, А. П. Черный и др. Важные исследования по сельскохозяйственной метеорологии проводились также на опытных станциях — Полтавской, Саратовской, Безенчукской и др.
Целым рядом опытных полей, в частности, опытным полем Московского сельскохозяйственного института (А. Г. Дояренко), Полтавской, Харьковской опытными станциями были разработаны многие разделы общего земледелия и особенно вопросы обработки паров в связи с режимом нитратов и влажности. В результате работ южных и юго-восточных опытных полей были заложены основы теории и практики «сухого земледелия», впоследствии воспринятые в США (Н. М. Тулайков).
Развитию растениеводческой науки способствовали работы Бюро по прикладной ботанике, основанного в 1894 г. (с 1905 г. им руководил Р. Э. Регель, а в дальнейшем Н. И. Вавилов). Синтез знаний в этой области, основанный на данных как русских, так и иностранных исследователей, был дан в капитальном руководстве Д. Н. Прянишникова «Частное земледелие», выходившем в целой серии изданий начиная с 1898 г. Наблюдения опытных станций дали многое для разработки приемов возделывания хлебных злаков, сахарной свеклы, картофеля, льна и других культур.
В начале XX в. стала успешно развиваться и селекция сельскохозяйственных растений. Пионером в этой области явился Д. Л. Рудзинский (1866—1949), давший стране такие сорта, как озимая пшеница Московская 2411, овес Московский А-315 и др. В 1912—1914 гг. началась селекционная работа на Вятской, Шатиловской, Саратовской, Безенчукской, Харьковской станциях, с 1909 г. на Северном Кавказе проводилась селекция подсолнечника (В. С. Пустовойт). В эти же годы селекционные работы начались и в Сибири — в Омске (Н. Л. Скалозубов, в дальнейшем В. В. Таланов), в Тулуне (В. Е. Писарев). Названия выведенных в то время сортов — озимой ржи Вятки, озимой пшеницы Украинки, яровой пшеницы Лютесценс 62, Мильтурум 321, Мелянопус 69 — говорят о высокой продуктивности селекционной работы в России уже на первых шагах ее развития.
Особое место в биологической науке, в растениеводстве, в практической селекции принадлежало И. В. Мичурину (1860—1936). Начало его деятельности относится к XIX в., огромные же успехи были достигнуты им в первое 20-летие XX в. Мичурин не только внес большой вклад в агробиологию. К 1919 г. он вывел 154 сорта 25 плодовых культур.
В числе агрономических дисциплин, выделившихся в те годы в крупные самостоятельные разделы сельскохозяйственной науки, следует назвать также фитопатологию и энтомологию, сельскохозяйственную мелиорацию и земледельческую механику, развитую глубокими и обширными трудами В. П. Горячкина.
Достижения русской сельскохозяйственной науки, главным образом в области почвоведения и агрохимии, благодаря усилившимся международным связям и участию русских ученых в иностранных и международных съездах, начали переходить границы России и включаться в сокровищницу мировой науки. Развитию агрономии способствовал и рост научной литературы. Наряду с рядом новых оригинальных руководств стали появляться и первые сводные работы по итогам деятельности опытных станций. Появились новые научные и научно-производственные журналы: «Журнал опытной агрономии», «Вестник сельского хозяйства», «Хозяин», «Нужды деревни», «Южнорусская с.-х. газета», и др.