7 октября Головацкий сложил с себя духовный сан униатского священнослужителя и со своей семьёй принял православие. Причиной перехода в православие из унии было то, что он «всегда смотрел на неё, как на неестественное и незаконное подчинение православия папизму и давно уже решил со всем своим семейством принять православие». 11 октября его произвели в статские советники и предоставили право на службу и пенсию с 13 декабря 1848 года. В России Головацкий занимался этнографией, историей, географией и лингвистикой, издавал статьи и монографии, стал монархистом. С декабря 1867 до мая 1888 работал председателем Виленской археографической комиссии. С 1871 года он являлся председателем временной комиссии по устройству Виленской публичной библиотеки и музея, членом распорядительного комитета Западного отдела Императорского русского географического общества в Вильне а также членом попечительского совета в Виленском округе.

Характеризуя последний период деятельности Я. Головацкого, историки славянских литератур пишут:

В последнее время своей деятельности он ревностно проповедовал «единство русской народности от Карпат до Камчатки»

Головацкий являлся почётным членом Московского общества и древностей российских, действительным членом Московского археологического общества, членом Императорского русского географического общества, Общества любителей российской словесности, а также Общества естествознания антропологии и этнографии в Москве. Он был удостоен степени доктора русской словесности Новороссийского универсиэтногтета, чина действительного статского советника, орденов Св. Станислава I ст. и Св. Анны I ст., золотой медали Императорского русского географического общества, серебряной медали Общества любителей антропологии и этнографии в Москве, золотой Уваровской медали и премии в 500 рублей, а также Высочайшей благодарности и золотого перстня с рубином и бриллиантами от Императора.

Яков Федорович получил воспаление лёгких на Пасху 1888 года и скоропостижно скончался 1 (13) мая. Похоронен он был на православном Евфросиниевском кладбище в Вильне, при том попрощаться с ним пришло почти всё русское населения Вильны, в том числе важные государственные сановники.

Труды

В России Головацкий написал несколько исторических исследований, посвящённых истории родного края:

• «Исторические сведения о Буковине» (1869),
• «Об исследовании памятников русской старины, сохранившихся в Галиции и Буковине» (1871),
• «Червонно-русская литература» (1871),
• «Библиографические находки во Львове» (1873),
• «Галицкий князь — Роман Мстиславич» (1875),
• «Древние предания о городе Галиче и его окрестностях» (1879),
• «Львов и Могилёв, взаимные сношения» (1879),
• «Судьба одного галицко-русского ученого» (1883),
• «Географический словарь» (1884),
• «О языческом кладбище в Беремянах» (1885),
• «Материалы по истории Галичины» (1886),
• «Как жилось русскому народу в золотой век цветущей Польши?» (1887),
• «Состояние галичан во время Голуховщины» (1888).

Главным трудом Я. Головацкого, сохранившим до сих пор научную ценность, является собрание и издание «Народных песен Галицкой и Угорской Руси», которые печатались в «Чтениях общества истории и древностей» в 1860-х годах. В 1878 году они вышли отдельным изданием в четырёх томах с географической картой и рисунками народной одежды и типов.