Важным звеном в процессе реформирования системы войскового управления стала эпоха Великих реформ. Пересмотр положений о казачьих войсках начался ещё в конце 1850-х гг. В 1865 г. Оренбургское казачье войско было в административном, судебном и полицейском отношениях объединено с Оренбургской губернией, причём представители неказачьих сословий получили разрешение селиться на казачьих землях без причисления к казачеству[81]. Казаки составили часть губернского населения, что положило конец их обособленности. Должность Наказного атамана по традиции осталась объединённой с должностью гражданского губернатора. При атамане был создан новый орган — Войсковое хозяйственное правление, регулировавший хозяйственную деятельность войска, взаимодействуя непосредственно со станичными правлениями[82]. Высшим органом военного управления войска был Войсковой штаб. С упразднением Отдельного Оренбургского корпуса создавался Оренбургский военный округ во главе с командующим. В 1866 г. территория войска была разделена на три округа.
В 1867 г. последовала новая реформа, облегчившая воинскую повинность оренбургских казаков. Служилый состав войска был ограничен постоянным числом казаков, в результате чего появилась недопустимая ранее категория неслужилых казаков — тех, кто вообще не состоял на действительной службе. Власти планировали из таких казаков создать слой крепких хозяев, обложить их особым налогом в пользу служилой категории, а также направлять их на поддержание хозяйств тех, кто ушёл на действительную службу[83]. Нежизнеспособность подобного подхода выявилась в течение последующих нескольких лет, и уже в 1876 г. в войске был введён Устав о воинской повинности Донского казачьего войска от 29 апреля 1875 г., а также специально разработанное «Положение о военной службе казаков Оренбургского войска». Был сокращён общий срок службы казаков и срок отбывания ими действительной службы, казачьи части поставлены в одинаковые условия с регулярными войсками, отменена жеребьёвка при их комплектовании, прекращено зачисление в разряд неслужилых казаков. По итогам реформ войско по-прежнему осталось замкнутым сословием, хотя с 1869 г. выход из казачьего сословия был разрешён. Казачье население приобрело те же права, что и представители других сословий, но, как и раньше, должно было нести воинскую повинность в существенно большем размере.
В результате принятых мер к началу 1870-х гг. общая численность оренбургского войскового казачьего сословия составила 252.928 душ обоего пола, и войско стало крупнейшим по численности казачьего населения. В него почти полностью вошли Верхнеуральский и Троицкий уезды, а также часть Оренбургского, Орского и Челябинского уездов Оренбургской губернии. К началу ХХ в. управление войском регулировалось Положением об управлении военными отделами Оренбургского казачьего войска, Высочайше утверждённым 24 января 1884 г., и Положением об общественном управлении станиц казачьих войск 1891 г.
Как уже говорилось, делами по военному и гражданскому устройству всех казачьих войск ведало Главное управление казачьих войск. Казачьи офицеры из-за постоянной бюрократической волокиты в шутку называли этот орган «Главное затруднение казачьих войск»[84]. В 1910 г. функции управления были переданы Казачьему отделу Главного штаба. В военном отношении войско подчинялось командующему войсками Казанского военного округа. Непосредственно во главе войскового управления стоял Наказный атаман, должность которого совмещалась с должностью оренбургского губернатора. Атаман управлял войском по гражданской (административно-хозяйственной) части на правах губернатора через Войсковое хозяйственное правление, по военной части — на правах начальника дивизии через Войсковой штаб. В полицейском отношении население находилось в ведении общей губернской полиции. Войсковое хозяйственное правление включало общее присутствие и пять отделений: хозяйственное, поземельно-строительное, особое, межевое и лесное. В ведении Войскового хозяйственного правления находились все отрасли войскового хозяйства, а также непосредственное управление общими войсковыми капиталами. Особое отделение отвечало за общественное управление станиц. Не менее важным административным органом был Войсковой штаб, во главе которого стоял начальник в чине полковника или генерал-майора.
Следующим звеном войсковой административной системы являлись управления военных отделов и сами отделы: 1-й с центром в Оренбурге, 2-й с центром в Верхнеуральске и 3-й с центром в Троицке. Во главе каждого отдела стоял атаман в чине полковника или генерал-майора, непосредственно подчинявшийся Наказному атаману. Первый отдел был крупнейшим по числу станиц и численности казачьего населения, второй отдел превосходил остальные по территории, третий отдел — по общей численности как войскового, так и невойскового населения и по количеству населённых пунктов.