1855 р. Миколу віддали у привілейований навчальний заклад – Другу харківську гімназію, яку він закінчить весною 1859 р. зі срібною медаллю. «У Харкові, в університетському місті, знайшовся далекий родич Лисенків, професор геології та мінералогії Никифор Борисяк, – згадував Михайло Старицький, – який згодився дати притулок далекому своєму племінникові за солідну, як на тодішні ціни, плату – 700 крб. на рік. Микола… вступив до четвертого класу 2 – ї гімназії, в якій потім і закінчив гімназійний курс…» Водночас під час навчання у Харкові юнак продовжував брати приватні уроки музики у Вільчака та відомого російського піаніста й композитора Микола Дмитрієва. Поступово юнак стає у Харкові відомим піаністом, якого запрошують на вечори, бали, салонні концерти у попечителя Харківського навчального округу князя Ф. Голіцина (відомого знавця й аматора музики), де він виконує п’єси Моцарта, Бетховена, Шопена, грає танці, блискуче імпровізував на теми українських народних мелодій. На всіх концертах, в аристократичних салонах гімназист Микола Лисенко був бажаним гостем, вирізняючись не тільки музичною обдарованістю та талановитою грою на фортепіано, а й своєю вродою та вишуканістю манер справжнього аристократа.
Під час одного з виступів на одному із званих вечорів привабливий юнак Микола (тоді вже студент університету) зачарував своєю віртуозною грою одну панночку із харківської аристократичної родини. Прослухавши виконання ним творів Шопена, п’єси Контського, не знайома з Лисенком особисто, панянка зняла із себе коштовну золоту брошку з самоцвітом і прикріпила її до грудей молодого піаніста зі словами: «Юначе, прошу прийняти це, як нагороду за вашу неперевершену майстерність, яка захопила мене!» Ту брошку молодий студент подав до лотереї, збір коштів від якої призначався на підтримку незаможніх студентів.
У період навчання у харківській гімназії Микола також брав участь у благодійних концертах, зібрані кошти з яких призначались на підтримку незаможніх студентів.
Так із 14–15 років піаніст М. Лисенко розпочав свою концертну діяльність, яку вестиме до кінця свого життя, близько 55 років.
У роки навчання у харківській гімназії зростає його захоплення українською старовиною. Як відмічає Михайло Старицький, «він (Куліш) зробив сильне враження і змістом своїм, і, головне, мовою; ми пережовували кожну фразу і захоплювались, як воно виходить і ловко, і звучно, і як яскраво змальовані найтонші