Период полного упадка в истории дендропарка «Тростянец» начался в конце XIX века. Он был вызван смертью его основателя – И. Скоропадского в 1887 году, а затем общественно-политическими событиями первой половины XX века. О факте значительного упадка свидетельствуют данные инвентаризации насаждений парка, проведенной в 1948 г. На тот момент было зафиксировано всего 391 вид и форма, включая 312 лиственных и 79 хвойных. Такое существенное уменьшение видового и формового состава насаждений было обусловлено длительным отсутствием компетентного хозяина, заинтересованного в результате. После разрушения усадьбы в начале 1918 года парк почти два десятилетия принадлежал созданному в Тростянце животноводческому совхозу. В 1938 году почти весь парк стал самостоятельной хозяйственной единицей, непосредственно подчиненной Наркомзему УССР. Через два года он получил статус государственного заповедника и перешел в подчинение Главного управления по заповедникам. При этом к заповеднику добавили 30 га пахотных земель под создание питомника.
Но только в 1951 году, когда Тростянецкий дендропарк был передан Академии наук УССР, начался качественно новый этап его развития. Он стал научно-исследовательским учреждением по изучению вопросов интродукции и акклиматизации разных видов растений, реконструкции парковых ландшафтов и размножению интродукцированных растений. На площади в 11,4 га практически сразу же создается арборетум, в котором собирается огромная коллекция, включающая тысячу древесных видов и форм. Началось активное развитие производственного питомника, в котором выращивались сотни тысяч саженцев для собственных нужд дендропарка и для городского зеленого строительства. Очень быстро дендропарк стал основным поставщиком декоративных саженцев для севера Украины, России и Беларуси.