В октябре 1881 г. Дурново назначается управляющим Судебным отделом Департамента полиции Министерства внутренних дел, ведавшим дознанием по делам о государственных преступлениях; в августе 1882 г. производится в чин статского советника и в феврале 1883 г. становится вице-директором Департамента полиции. Наконец, уже в чине действительного статского советника 21 июля 1884 г. становится исправляющим должность директора Департамента полиции, в которой утверждается с 1 января 1885 г. На эту ответственную должность его рекомендовал императору министр внутренних дел Д.А. Толстой, высоко ценивший способности своего дальнего родственника. С.Ю. Витте, отнюдь не склонный преувеличивать положительное в современниках, дает ему следующую оценку: «Все суждения, которые высказывал Дурново, отличались знанием дела, крайней рассудительностью и свободным выражением своих мнений. Я ранее знал Дурново за человека умного, характерного, многому научившегося на службе по судебному ведомству». Другие современники также отмечали глубокий и острый ум директора Департамента полиции, его волю и умение высказываться кратко, ясно и определенно.
Наиболее крупным успехом Департамента полиции за время руководства Дурново стал разгром «Террористической фракции» партии «Народная воля», основанной в декабре 1886 г. в Петербурге студентами П.Я. Шевыревым, А.И. Ульяновым, старшим братом В.И. Ленина, и др. Молодые революционеры готовились повторить «подвиг первомартовцев». Террористы изготовили несколько начиненных динамитом бомб и особые, наполненные ядом пули. Зная, что 1 марта 1887 г. Александр III будет присутствовать в Петропавловском соборе на заупокойной службе по своему убитому отцу, революционеры группами стали прогуливаться в месте вероятного проезда его кареты, но, прежде чем смогли привести свой замысел в исполнение, были схвачены полицией. При аресте у них обнаружили три бомбы, револьвер и программу Исполнительного комитета «Народной воли». Покушение удалось предотвратить благодаря тому, что полиция уже давно установила наблюдение за П.И. Андреюшкиным, одним из членов «Террористической фракции», и через него вышла на след остальных участников готовившейся акции. Все 15 членов подпольной организации 8 мая 1887 г. предстали перед судом, приговорившим их к смертной казни, однако император распорядился казнить только пятерых, остальным заменить ее различными сроками каторги и ссылкой в Сибирь.
За свою успешную деятельность директор Департамента полиции получает высочайшее монаршье благоволение, производится в чин тайного советника. Казалось бы, ничто не предвещало краха его удачно протекающей карьеры, если бы не его страсть к прекрасному полу. Одной из любовниц директора Департамента полиции была жена пристава Меньчукова. Все обстояло спокойно до тех пор, пока Дурново не узнал, что его пассия имеет еще одного возлюбленного – бразильского (по другим данным, испанского) посла. Пришедший в ярость от подобной неверности Дурново добывает вещественные доказательства измены наиболее привычным для себя способом с помощью полицейских агентов. Дело получило огласку и стало известно императору Александру III, который, по словам С.Ю. Витте, «имел отвращение ко всему нравственно нечистому». Взбешенный подобным использованием служебного положения, глава Российской империи распорядился: «Убрать эту свинью в Сенат в 24 часа!» Как отмечали современники, такому сравнительно мягкому наказанию руководитель государственной безопасности был обязан министру внутренних дел И.Н. Дурново, своему брату, еле-еле уговорившему Александра III не увольнять провинившегося донжуана, а назначить его в Сенат, что и было сделано 3 февраля 1893 г.
На его министерской карьере в царствование Александра III была поставлена точка, и он был вынужден ограничиться присутствием в Сенате, где, по оценке С.Ю. Витте, «все время отличался между сенаторами разумно-либеральными идеями» и являлся «сенатором, на которого обращали внимание и с логикой которого считались». Переждав в Сенате смерть Александра III, Дурново постепенно возвращается к активной деятельности при его сыне императоре Николае II. В феврале 1900 г. он занимает пост товарища министра внутренних дел. После убийства террористами Плеве Дурново с 15 июля 1904 г. вступает в заведование текущими делами министерства и 14 сентября «за отличные труды» удостаивается монаршей благодарности.
