После Крымской войны Иван Фёдорович ненадолго возвратился на Балтику, откуда провёл отряд винтовых корветов в Чёрное море. Здесь он продолжил службу в качестве и. д. начальника Штаба заведующего морской частью в Николаеве. Однако уже в марте 1858 г. он был назначен адъютантом генерал-адмирала великого князя Константина Николаевича – инициатора преобразований в военном флоте России. Глава кружка «либеральных бюрократов» Константин Николаевич в 1857 г. возглавил комитет по освобождению крестьян от крепостной зависимости, также сыграл роль в судебной реформе и отмене телесных наказаний в армии.

Разделяя идеи и планы своего августейшего начальника и ровесника, Иван Фёдорович энергично включился в претворение в жизнь реформ: на пароходофрегате «Рюрик» он провёл осмотр отечественных портовых сооружений на Балтике; на фрегате «Громобой» побывал в Средиземноморье, где осмотрел множество портов, на фрегате «Светлана» ходил в Китайском и Японском морях, изучая новый морской театр.

В 1859 г. И.Ф. Лихачёв стал членом Морского учёного и кораблестроительного технического комитета. В «Записке о состоянии русского флота», основываясь на опыте Крымской войны, он предложил при строительстве нового флота сосредоточить усилия на постройке «блиндированных фрегатов», то есть броненосцев. Иван Фёдорович не уставал подчёркивать необходимость практических плаваний: «только не держите эти суда в наших замкнутых морях, где они как рыба, вытащенная на берег».

В 1862 г. И.Ф. Лихачёв представил генерал-адмиралу записку «Наш флот», в которой формулировал свои мысли о дальнейшем развитии русского флота, однако публикация её не состоялась из-за цензуры. Сам великий князь в 1862 г. был назначен наместником Царства Польского и временно отстранён от руководства флотом. Это послужило основанием для желания И.Ф. Лихачёва покинуть службу: в том же 1862 г. он был зачислен в резерв.

Во время подавления польского восстания и после возвращения великого князя в Петербург, И.Ф. Лихачёв был вновь принят на действительную службу и осенью 1863 г. уже командовал отрядом клиперов в Балтийском море. Будучи зачисленным в свиту императора Александра II, в 1864 г. он возглавил первую русскую броненосную эскадру, которой командовал в течение трёх лет. В 1866 г. И.Ф. Лихачёв стал членом Артиллерийского отделения Морского технического комитета, а в 1867 – назначен на должность военно-морского агента России в Англии и Франции. Реальное влияние великого князя на внутренние дела с конца 1860-х гг. стало незначительным: опала шефа сказывалась и на карьере И.Ф. Лихачёва.