Систематическое образование будущий писатель начал получать с девяти лет в пансионе супругов Беляевых, располагавшемся на той же Владимирской улице. Там учили всем предметам начальной школы, а также языкам – немецкому и французскому. На этом образование должно было закончиться: дальше путь купеческого сына обычно лежал в Коммерческое училище, но семья Лейкиных не могла это себе позволить. Однако отец и дядя, служившие в иностранных фирмах, все же решили, что Николай должен продолжить учебу. Главным в образовании они считали знание иностранных языков: «Отец очень часто говорил, что товарищ его бухгалтер, знающий по-немецки и по-французски, получает вдвое больше его, а работы у него менее». Старшего сына Лейкин-старший отдал в немецкое Реформатское училище, находившееся на Мойке, напротив здания Главного штаба. Плата в этом учреждении была посильной – 60 рублей в год, а обучение шло на немецком языке, за исключением Закона Божия и российской истории. Поначалу Николаю, почти не знавшему языка, да к тому же сильно заикавшемуся, приходилось нелегко. Суровые порядки – зубрежку и регулярные экзекуции – Лейкин впоследствии описал в очерке «Учебный день в немецкой школе». Русский язык преподавали из рук вон плохо, а на уроках литературы не рассказывали даже о Пушкине, Грибоедове и Гоголе. Однако, после того как сурового немца-инспектора сменил либеральный француз Давид Марго, «повеяло новым духом, свежим воздухом» и обучение пошло на лад. Учеников начали знакомить с литературой последних десятилетий. Под руководством Марго Лейкин быстро освоил французский. Помимо двух основных языков, он занимался также английским и латинским за особую плату. Для домашних спектаклей в доме Марго Лейкин впервые попробовал себя в качестве писателя – написал «какую-то пьесу на немецком языке».
Впрочем, настоящим увлечением юного Лейкина была не литература, а зоология, и в особенности энтомология. Летом на даче, которую семья стала снимать сперва на Карповке, а потом в Лесном, Николай с интересом занялся собиранием бабочек – научился их «расправлять, сохранять, определять», выучил названия на русском, немецком и латинском языках – и превратился в настоящего энтомолога и коллекционера.
Несмотря на слабые успехи в естественных науках и, как ни странно, в русском языке, училище Лейкин окончил благополучно: в 1859 году он был выпущен с правом поступления на государственную службу на первый классный чин. Однако в семейные планы департаментская служба Николая не входила. В жизни Лейкиных к тому времени произошли существенные изменения. Глава семейства был уволен из иностранной фирмы, где прослужил много лет. Это изгнание пошло ему на пользу: он сумел открыть собственную мелкооптовую торговлю в Гостином дворе и даже разбогател (как потом оказалось, ненадолго). Гордость за сына – выпускника Реформатского училища – совмещалась у Александра Ивановича с практическими планами: «Теперь у меня свой немец и француз. Корреспонденцию с иностранными домами будет уж он вести».