Allerdings dauerte es über ein halbes Jahrhundert, bis der neue Schultyp sich landesweit durchsetzen konnte. Heilbronn war als Freie Reichsstadt zunächst von den württembergischen Bestrebungen nicht betroffen. Erst nach dem Anschluss an Württemberg und nachdem vergleichbare Städte wie Ulm, Esslingen, Ludwigsburg und Reutlingen vorangegangen waren, drängte auch der Heilbronner Gemeinderat auf die Einrichtung von Realklassen am hiesigen Gymnasium. Im Zusammenhang mit dem Neubau für dieses Gymnasium in der Karlsstraße wurden dann 1827 die ersten zwei Realklassen eingerichtet, denen später eine dritte und eine Oberrealklasse in zwei Jahreskursen folgten.
Diese Realklassen bildeten die seit 1828 in amtlichen Verlautbarungen erwähnte "Realanstalt zu Heilbronn", welche aber bis 1873 in enger personeller und organisatorischer Verflechtung mit dem Gymnasium stand. Das heißt, der jeweilige Rektor des Gymnasiums war zugleich Vorsteher der Realanstalt. Einige Fächer wurden gemeinsam unterrichtet, die Schüler konnten auch von einem Schultyp zum anderen wechseln. Seit der Mitte des Jahrhunderts unterhielten Gymnasium und Realanstalt auch ein gemeinsames Pensionat für auswärtige Schüler, das in der Sülmer Straße 74, dem ehemaligen Karmeliterkonventshaus neben der Nikolaikirche, untergebracht war.
Das Jahr 1873 bringt eine wichtige Änderung: " Mit allerhöchster Genehmigung ist die als Realanstalt zweiter Ordnung berechtigte Realanstalt in Heilbronn, welche bisher dem Rektorate des Gymnasiums unterstellt war, als selbständige, der Aufsicht der Kultministerialabteilung für Gelehrten-und Realschulen unmittelbar untergebene Anstalt eingerichtet worden." Mit dieser Bekanntmachung im Staatsanzeiger für Württemberg wird die Realanstalt selbständig. Der erste Rektor war Johann Georg Kehrer. Mit dem Einzug in den Neubau 1889 in der damaligen Jäger-(heute: Bismarck-)straße kommt auch der Ausbau der Schule zur Vollanstalt voran. 1894 wurden die ersten Abiturienten entlassen. Ursprünglich vermittelte die Realschule nämlich keinen formellen Abschluss. Viele Schüler verließen nach Beendigung der Schulpflicht im 14.Lebensjahr die Schule, andere besuchten noch die Oberrealklasse(n), die vorzugsweise für künftige "Techniker, Forstleute, Militärs und Kaufleute" gedacht waren. Ihnen genügte das so genannte "Einjährige", ein mittlerer Bildungsabschluss, der mit der heutigen Mittleren Reife vergleichbar ist. Mit der Einrichtung eines Realgymnasiums 1904/5 und dessen Angliederung an die Oberrealschule war der organisatorische Ausbau der Schule an der Bismarckstraße abgeschlossen. Von jetzt an konnte dort das vollwertige Abitur erworben werden, das zu allen Universitätsstudien berechtigte.