Після закінчення був залишений для підготовки до професорського звання. 27 травня 1868 р. Синцову було присвоєно ступінь кандидата природничих наук. 17 червня 1869 р. після оприлюднення перших змістовних наукових робіт І. Ф. Синцов був призначений приват-доцентом геології та палеонтології, а з 27 березня 1870 р. – зберігачем Геологічного кабінету. У 1871 р. І. Ф. Синцов захистив дисертацію «Мезозойские образования Общего Сырта и некоторых прилежащих пунктов», після чого 29 березня 1871 р. був затверджений у ступені магістра мінералогії і геогнозії.