Восполняя пробелы в образовании, в 1840 гг. прослушал несколько лекционных курсов в Московском университете, в том числе курс русской истории профессора Т.Н. Грановского, который оказал на него большое влияние. В 1850 гг. И.Е. Забелин принимал участие в подготовке издания «Древности Российского государства». Много сил отдал составлению выписок из дел архива Оружейной палаты для издания дополнений к «Дворцовым разрядам». Великая княгиня Елена Павловна поручила ему составить «Проект обозрения московской старины» (историческое объяснение плана Москвы). В 1853–1869 гг. И.Е. Забелин, несмотря на незавершённое образование, читал курс русской истории и археологии в Константиновском межевом институте и в школе межевых топографов. Лекции дополнялись практическими занятиями по палеографии. В июне 1859 г. И.Е. Забелин в чине титулярного советника был переведён в императорскую Археологическую комиссию. Новым опытом для него стали раскопки скифских курганов и античных городов на юге России. Находки захоронений скифских царя и царицы (множество изделий из золота, серебра и бронзы) в кургане Чертомлык в 22 км к северо-западу от Никополя и захоронения жрицы богини плодородия Деметры в кургане Б. Близница на Тамани, сделанные И.Е. Забелиным в 1862–1863 гг., были переданы в императорский Эрмитаж. Результаты археологических изысканий он изложил в работах: «Скифские могилы. Чертомлыцкий курган», «Древности Геродотовой Скифии» и др. В 1864 г. был награждён орденом св. Станислава второй степени. Дважды в связи с пребыванием председателя Археологической комиссии графа С.Г. Строганова за границей И.Е. Забелин управлял делами комиссии и руководил Керченским музеем древностей. В 1876 г. ушёл в отставку в чине действительного статского советника, в прошении об отставке писал, что его истинное призвание – «учёный и архивный кабинетный труд». В 1860 гг. вышли в свет его труды, посвящённые повседневной жизни царского двора, – «Домашний быт русских царей в XVI–XVII столетиях» (М., 1862 г.) и «Домашний быт русских цариц в XVI–XVII столетиях» (М., 1869 г.), впоследствии неоднократно переиздававшиеся. Обе работы являлись первыми в предполагавшейся И.Е. Забелиным серии книг о домашнем быте русского народа в эпоху Московского царства и утверждали его понимание народа как совокупности многих социальных типов. Начиная исследование с царского двора, И.Е. Забелин предполагал впоследствии создать обширное полотно истории повседневной жизни всего народа, что было частично реализовано в его позднейших работах. Исследование «Домашний быт русских царей» было удостоено большой серебряной медали императорского Русского Археологического общества и Демидовской премии. Книга «Домашний быт русских цариц» награждена половиной Уваровской премии и золотой медалью Императорской Академии Наук. В 1872 г. оба тома «Домашнего быта...» были переизданы с дополнениями и награждены серебряной и золотой медалями императорского Русского Археологического общества. Начиная с 1850 гг. И.Е. Забелин публиковал работы по истории русского искусства и архитектуры. Издал «Материалы для истории русской иконописи», монографию «Историческое описание московского ставропигиального Донского монастыря», статью «Благовещенский собор и его древняя стенопись».