Następnie zachorowała na malarię. Do Petersburga wróciła w marcu 1856 r. Została wówczas wyznaczona do objęcia stanowiska przełożonej Zgromadzenia Sióstr Miłosierdzia. Do jej zadań należała m.in. kontrola pracy szpitali wojskowych w całym kraju. Zajmowała się też organizowaniem w nich pracy pielęgniarskiej i walczyła o lepsze warunki hospitalizacji dla chorych.
Jesienią 1856 r. zamknięto szpitale wojenne. Bakunina zajęła się organizowaniem stałej placówki dla Zgromadzenia Sióstr Miłosierdzia. Zakupiono dom mający pełnić funkcję internatu i szkoły dla przyszłych sióstr.
Katarzyna Bakunina aby poznać metody kształcenia pielęgniarek wyjechała do Berlina i Paryża. Po powrocie zabiegała o nadanie Zgromadzeniu charakteru ideowo-etycznego. Chciała aby wstąpienie do niego nie zależało od wyznania, a od postawy etyczno-społecznej kandydatki. Zarząd Zgromadzenia nie zgodził się na taką zmianę i pozostał przy prawosławnym charakterze wspólnoty.
Władze wojskowe zrezygnowały z zatrudniania sióstr w czasie pokoju w szpitalach wojskowych i nie chciały odstąpić od tej decyzji. Zarówno ten fakt jak i nieporozumienia wewnątrz Zgromadzenia przyczyniły się do rezygnacji Bakuniny ze stanowiska przełożonej.