Для улучшения управления огромной территорией Предкавказья и Кавказа Кавказская область была преобразована в Ставропольскую губернию. В дальнейшем были учреждены Дербентская и Кутаисская губернии, а в 1849 — Эриванская губерния. Развивалась почтовая связь. Были разработаны правила заселения земель на северо-восточном побережье Черного моря и размежевания земель Черноморского казачьего войска, а также положения о суде и адвокатуре.
В 1842 году Николай I распорядился провести на Кавказе триангуляцию для последующего размежевания земель.
Вскоре ему доложили, что триангуляция завершена. В действительности же эта работа была отложена главнокомандующим А. И. Нейгардтом «во уважении особых военных обстоятельств за Кавказом». Лишь при М. С. Воронцове начальник топографической службы Отдельного Кавказского корпуса полковник И. И. Ходзько составил проект и смету на проведение триангуляции. Николай I утвердил проект и смету, и работы начались.
Триангуляционные работы велись в горах на высоте до 5 километров. Здесь было много ущелий, ледников, рек, густых лесов и почти отсутствовали дороги. Работа топографов и геодезистов осложнялась военными действиями, а порой и враждебным отношением к ним местного населения. Однако триангуляция была выполнена в срок и с высоким качеством. Она продолжалась с весны 1847 по декабрь 1853 года.
По предложению М. С. Воронцова в августе 1850 года было осуществлено восхождение на Большой Арарат. Члены экспедиции провели на вершине горы на сильном ветру 6 дней, проделав все необходимые наблюдения. Они установили на вершине крест с медной табличкой, на которой была выгравирована надпись: «1850 года 6(18) августа в благополучное царствование императора Николая I при Кавказском Наместнике князе Воронцове взошли на Арарат начальник триангуляции И. И. Ходзько, Н. В. Ханыков, П. А. Александров, А. Ф. Мориц, П. К. Успар, П. И. Шароян и 60 нижних чинов». Сведения, полученные в ходе этой экспедиции, позволили создать единую сеть триангуляции в данном районе.
М. С. Воронцов был в хороших отношениях с персидским государем Магомет-Шахом. Он сумел договориться с ним о проведении полевых геодезических работ на территории некоторых областей Персии. Это позволило закончить в 1853 году триангуляцию всего Закавказья.
Михаил Семенович помог организовать наблюдение астрономами 16 июля 1851 года полного солнечного затмения. Сопоставление данных, полученных астрономами на Кавказе, с результатами наблюдений в других странах позволило доказать, что корона и протуберанцы принадлежат самому Солнцу.
Наместник выступил инициатором создания на Кавказе отдела Российского географического общества. Он обсудил свое предложение с общественностью Тифлиса и отправил необходимые документы в Петербург. В 1850 году Николай I утвердил Положение о Кавказском отделе Российского географического общества и разрешил отпускать на его нужды по 2 тысячи рублей в год.
10 марта 1851 года в доме М. С. Воронцова в Тифлисе состоялось первое заседание Кавказского отдела Российского географического общества. Председателем отдела был избран Михаил Семенович, а его заместителем И. И. Ходзько. Был составлен обширный план работ отдела. При Воронцове была создана 10-верстная карта Кавказа на 25 листах, составлена и издана климатическая карта Кавказа, начата работа над специальной картой и описанием целебных источников и минеральных вод, была впервые определена разность уровней Черного и Каспийского морей.
М. С. Воронцов и на Кавказе продолжил просветительскую деятельность. Благодаря ему в регионе открылось несколько учебных заведений. В Екатеринодаре — Кубанская учительская семинария. В Тифлисе — учебное заведение Св. Нины. В Андрианополе — уездное училище. В Ставрополе — женский пансион; женское училище Св. Александры. В Кутаиси — гимназия с пансионатом. В Эривани — женское благотворительное учебное заведение. В Баку — школа моряков. Открылось училище в Черноморском казачьем войске. Дирекция училищ Кавказа из ведомства Харьковского учебного округа перешла в подчинение кавказскому наместнику. Об открытии учебных заведений для народов Кавказа говорилось выше.
Как и прежде, М. С. Воронцов уделял большое внимание развитию культуры. При его участии были учреждены многие газеты: 1845 год — «Кавказ», 1846 год — «Закавказский вестник», 1848— литературная газета «Арарат» на армянском языке, 1850 — «Ставропольские губернские ведомости». С 1847 года стал выходить многостраничный «Кавказский календарь». Вскоре печатной продукции стало выпускаться столько, что потребовалось создание цензурного комитета при Кавказском учебном округе.