В начале 1770 года Рычков выехал в Илецкую защиту, что находилась в семидесяти верстах от Оренбурга. Ознакомившись с работой промысла, он прежде всего запретил хищнические способы добычи соли. Ее брали там, где верхний слой земли был наиболее тонок; добытчики снимали его и рубили соль, оставляя после себя повсюду ямы различной глубины. Не выбрав соль из одной, рубили другую, третью… Вся наземная площадь месторождения была изрыта, ямы заполняла дождевая и снеговая вода, она растворяла соль. Образовывались целые озера соленой воды. Посетив рудник, Петр Паллас писал: «Вода во всех ямах густа и черновата, киргизы почитают сию воду за целебное лекарство от многих болезней и потому часто приезжают сюда, купаются в рассоле. Рассол столь густ и тяжел, что если человек войдет в него по грудь, то уже его вздымает, а на поверхности рассола может человек почти так лежать, как на доске». Эти свойства воды привлекли и Рычкова: «Купающийся в ней человек подлинно далее плеч не грузнет; поджавши ноги, можно на ней сидеть, не касаясь дна…»

Удивляясь этим чудодейственным свойствам воды Илецкого рудника, Рычков, однако, не менее удивлен был творящейся на нем бесхозяйственности. Истоки ее уходили в историю промысла. Использовать илецкую соль начали в конце семнадцатого столетия. Еще в 1739 году в своей краткой географии России Василий Татищев писал о великих залежах каменной соли у подножия Гипсовой горы. Эта гора с пещерами-ледниками влекла к себе кочевников-скотоводов, была своеобразным пристанищем и степным маяком для них. В сорокаградусную жару в пещерах гулял холодный ветер, а в зимнюю стужу из расщелин струился теплый воздух.

Первую попытку обследовать соляные залежи предпринял в 1744 году по поручению оренбургской администрации майор Кублицкий. Он раскапывал землю и на глубине двухтрех метров обнаруживал каменную соль. Чтобы определить величину залежи, в Илецк прибыл полковник Ревельского драгунского полка англичанин Иннис. В своем докладе губернской канцелярии он сообщил, что месторождение уникально, запасы его так огромны, что весьма затруднительно установить точные его размеры.

В 1745 году образцы илецкой соли были отправлены в Петербург для лабораторного исследования. Первый физикохимический анализ произвел М. В. Ломоносов. «Илецкая натуральная соль, — писал он в отчете о результатах исследования, — всех прочих солей тверже и, будучи истолчена, получает очень белый цвет и с воздуха в себя влажности отнюдь не принимает. Она имеет сильную алкалическую материю, которая есть основание и твердость материи соли. Для таких свойств надобно сию соль в твердости, силе и споризне предпочесть другим солям».

Но еще раньше этих исследований «самородная» илецкая соль была в ходу. «Всяк для себя ездил за нею, ломал и брал сколь кому вознадобится». В 1727 году в правительственном «Уставе о соли» было объявлено, что возить и продавать соль можно лишь при условии «платежа положенной пошлины 3 копейки с пуда». Казанскому губернатору и уфимскому воеводе предписывалось строго контролировать сбор пошлины, всюду были учреждены особые заставы, они вели учет вывозимой соли. Это позволяло судить о производственной мощности соляного промысла.

Ограничения возмутили башкирское население: соли оно добывало всегда столько, сколько ему требовалось. Тогда Сенат своим указом от 31 мая 1734 года разрешил башкирам свободно пользоваться илецкой солью, но запретил продавать ее русскому населению и за пределами своей земли. Башкиры, татары и киргизы, однако, постоянно нарушали эти запреты и, обходя и подкупая стражников на малочисленных заставах, продолжали вывозить и продавать соль. 13 февраля 1749 года вышел указ Сената, которым вообще запрещалась свободная продажа илецкой соли, купцам-солеторговцам добытую соль велено было сдавать в оренбургские казенные магазины. Этот указ вызвал новую волну недовольства не только среди местного населения, но и у жителей многих российских губерний, где соль продавалась «зело дорогими ценами». Из-за ее постоянного дефицита люди болели цингой. Оживились спекулянты и контрабандисты. Они пронырливо скупали соль в магазинах по государственной цене и везли ее в дальние провинции, где продавали втридорога. Башкиры и татары не мирились с правительственными нововведениями, хотя ясак на соль с них был снят. Но их стесняли строгие ограничения в добыче и вольной продаже соли. Именно введение соляной монополии вскоре явилось одной из причин крупного башкирского восстания. Его вождь мулла Батырша Алиев впоследствии на допросе заявил: «Також издревле из казны господа бога нашего — из гор и озер — бираемую соль брать запретили, из городов покупать принудили, чему Оренбургской губернии старые и малые мусульмане все единогласно к тому согласились».

Отменив в 1754 году ясак и объявив Илецкий соляной промысел государственным предприятием, оренбургский губернатор Неплюев должен был бы поставить добычу соли на промышленную основу. Но бесперебойная прибыльная работа промысла могла быть налажена лишь при хороших кадрах горняков, специальной оснастке, при наличии складских помещений, транспортных средств, торгующей сети, заказчиках… Подготовить, включить в работу весь этот конвейер оказалось не так просто. В штольнях соль добывалась вручную в основном колодниками-каторжниками под приглядом вооруженных солдат. Возили ее на телегах и санях.

Учрежденная Оренбургская соляная контора обустройство Илецкого промысла начала с того, что сдала его на несколько лет в аренду сотнику казачьего полка Алексею Углицкому, который обязался ежегодно поставлять в магазины Оренбурга пятьдесят тысяч пудов соли. С вверенной ему ротой солдат он в 1754 году воздвиг небольшое бревенчатое сооружение, получившее название Илецкая защита. В этой крепости разместились казармы, склады, продовольственный магазин, церковь, по углам — пушки. Однако Углицкий не смог поставить обещанное количество соли, и уже в конце 1755 года промысел возглавил коллежский советник Тимашев. При нем добыча соли возросла до четверти миллиона пудов. Ее стали возить не только по суше, но и по рекам: Яику, Волге, Каме, Белой. Для строительства пристаней, легких судов, барок, соляных лавок требовалось много леса. В южно-уральской степной зоне его извечно не хватало. Приходилось доставлять издалека, что повышало себестоимость соли.

Возглавив промысел, Рычков поставил задачу увеличить добычу соли до одного миллиона пудов в год. Для этого нужно было, как он считал, улучшить условия и организацию труда горняков. Рычков вводит на руднике своеобразную производственную кооперацию, почасовую оплату труда с выработки. Откачивать рассол из ям стали насосные машины. Рычков придумывал разные приспособления для подъема соляных глыб из шахты, вырубку соли велел вести не только в вертикальном, но и горизонтальном направлении. В результате в подземном руднике образовались просторные камеры, где могли одновременно работать несколько горняков. Все же это был тяжелый, «потопроливной» труд. Рычков его впоследствии опишет так: «Сперва они прорывают борозды глубиною в пять четвертей, а шириною вершка в три так, чтобы одна борозда от другой расстоянием была на аршин. Таким образом приготовя несколько борозд, совокупляясь в одно место человек по 20 и по 30, сбивают соль с самой подошвы барсом (то есть особым бревном), ударяя им по нескольку раз в косяк. А как косяк даст трещину, то отделяют его от подошвы соляной, запущая в него большие рычаги, коими отваливают его в сторону. В таком косяке случается пудов по триста и более…»

Чтобы перевозить соль более дешевым водным путем, Рычков добился денег на строительство легких барочных судов, речных пристаней. Наполовину сократил число каторжников, заменив их вольнонаемными рабочими. В течение 1771 года ему удалось добыть 359 тысяч пудов, то есть в семь раз больше того, что планировал первый арендатор рудника Алексей Углицкий.

Служебная круговерть, многогранные хлопоты о руднике отбирали у Рычкова много времени, но и обогащали его живейшим материалом для творчества. В 1772 году в «Трудах Вольного экономического общества» публикуется большая его статья «Описание Илецкой соли» — первое в экономикогеографической литературе аналитическое исследование соляного промысла. В ней говорится, что соль расположена огромным куполом, и, хотя разработки ведутся уже на глубине тринадцати сажен, «конца залежи не предвидится, ибо природа в неизмеримом количестве ее приготовила». Неизвестно, когда и кем она найдена, «но в том ни малейшего нет сомнения, что и древние пользовались солью. Свидетельство тому развалины, множество ям и насыпных бугров, где они ту соль добывали».