В 1850 г. великие князья Николай и Михаил Николаевичи совершили первое образовательное путешествие по России под руководством генерала А. И. Философова по маршруту: Петергоф, Царское Село, Ям-Ижоры, Шлиссельбург, Ладога, Тихвин, Рыбинск, Углич, Ярославль, Кострома, Юрьевец-Подольский, Нижний Новгород, Вязники, Владимир, Москва и Петербург. Останавливаясь в городах, великие князья должны были осматривать училища, госпитали, губернские присутственные места, тюрьмы и заведения приказа общественного призрения. Отправляя сыновей в поездку, отец запретил им посещать разводы и учения войск, что, вероятно, вызывало немалую досаду сыновей. Позже они совершили еще одно путешествие на юг России и за границу – через Москву, Тулу, Орел, Курск, Харьков, Чугуев, Полтаву, Киев, Белую Церковь, Варшаву, Потсдам и Берлин, откуда вернулись в Москву. Было и третье путешествие – по Новороссии, через Николаев, Одессу и Севастополь. Также великие князья посетили Европу: Дрезден, Прагу, Вену, Зальцбург, Мюнхен, Аугсбург, Ульм, Штутгарт, Южный Тироль, Верону, Венецию, Болонью, Рим, Неаполь, Ливорно, Флоренцию, Модену, Реджио, герцогство Пармское и Милан, оттуда отправились в Нидерланды, где навестили вдовствующую королеву Анну Павловну, а затем через Кельн, Ганновер и Веймар возвратились в Петербург.

Военную службу Николай Николаевич начал в 1851 г., в лейб-гвардии Конном полку, 26 ноября 1852 г. великий князь произведен в генерал-майоры с назначением генерал-инспектором по инженерной части и командиром 1-й бригады 1-й легкой гвардейской кавалерийской дивизии. Ему также поручено командование лейб-гвардии Конно-пионерным дивизионом по строевой части. В том же году, 1 декабря, великий князь введен председателем Государственного совета в заседание Общего Собрания.

Осенью 1854 г. Николай и Михаил отправились по приказанию отца в осажденный Севастополь. Николай Николаевич руководил всеми инженерными работами на северной стороне Севастополя, на участке от Константиновской батареи до Мекензиевых гор. Верный хронист императорской семьи Анна Тютчева записывает в своем дневнике: «Великие князья очень выиграли от нескольких дней пребывания в Севастополе. В них чувствуется что-то более зрелое, более серьезное. Великий князь Михаил очень интересно рассказывает о том, что он видел, он с большой горячностью и сердечностью относится к нашему солдату и очень скромен по отношению к себе; его брат Николай менее умен; в нем есть некоторое мальчишество, он немного вульгарен, но оба они добрые мальчики, полные сердечности и патриотизмам».

Свадьба

Еще через год, в ноябре 1855 г., на престоле уже новый император, Александр II, французские и английские войска захватили Малахов курган, Севастополь сдался после 11 месяцев осады. Россия готовится к трудным переговорам о мире. А Анна Тютчева записывает в дневнике: «Государь объявил нам сегодня вечером, что великий князь Николай помолвлен с принцессой Александрой Ольденбургской. Государь и государыня в восторге от этой свадьбы, и все вообще довольны, так как принцесса Александра, кроткое и симпатичное существо, должна оказать хорошее влияние на великого князя. Уже летом была речь об этой свадьбе, но тогда великий князь как будто не очень охотно на это шел. Он в то время довольно усиленно и с некоторой сентиментальностью ухаживал за одной из фрейлин императрицы; это ухаживание было очень невинно и по существу довольно бессмысленно. Девица была весьма болезненная и некрасивая, правда добродушная, но далеко не стоящая принцессы Александры, которая, не будучи красивой, пленяет свежестью своих 17 лет и искренностью и добротою, отражающимися на лице.