Начало министерской деятельности графа Палена совпало с подъемом новой волны революционного движения в России. Неотвратимо нарастал стихийный протест низших слоев общества, усилилось брожение среди рабочих, что подтолкнуло русскую интеллигенцию к более активному участию в нем. По Судебным уставам дела о государственных преступлениях должны были производиться «общим порядком уголовного судопроизводства», с соблюдением некоторых особенных правил. В частности, судебное преследование возлагалось на прокуроров, а предварительное следствие — на членов судебных палат. Дела рассматривались, как правило, уголовными департаментами этих палат. Однако уже первые политические процессы, проведенные по таким нормам, не удовлетворили государя. Поэтому срочно готовились изменения в законах. Активную роль здесь играл граф Пален. Именно по его инициативе чувствительные удары были нанесены вначале по дознанию, которое отобрали у полиции, затем по предварительному следствию, которое становилось необязательным, а затем и по суду.
Министру юстиции пришлось срочно разрабатывать упрощенную процедуру судопроизводства по политическим делам. В марте 1872 года он внес в Государственный совет предложение о некотором изменении статей Судебных уставов. Проект предусматривал передачу политических дел на рассмотрение Особого присутствия Правительствующего сената с участием сословных представителей. Это предложение прошло легко, и 7 июня 1872 года Александр II утвердил соответствующий закон.
30 мая 1878 года граф Пален был освобожден от должности министра юстиции и генерал-прокурора, с оставлением его членом Государственного совета и статс-секретарем. Одновременно с этим он был произведен в действительные тайные советники. Одна из основных причин отставки — оправдание судом присяжных В. И. Засулич, стрелявшей в Петербургского градоначальника Ф. Ф. Трепова.
Скончался граф К. И. Пален в 1912 году.