Николай Александрович был, что называется, прирожденным офицером; традиции офицерской среды и воинские уставы он неукоснительно соблюдал, чего требовал и от других. Любой командир, запятнавший недостойным поведением мундир офицера, для него переставал существовать. По отношению к солдатам чувствовал себя покровителем-наставником и не чурался общаться с ними, а в пасхальные дни обязательно христосовался со служащими конвоя. Смотры, парады, учения Николая Александровича никогда не утомляли, и он мужественно и безропотно переносил случавшиеся неудобства армейских будней на лагерных сборах или маневрах.
В марте 1889 года писал: «Я проделал уже два лагеря в Преображенском полку, страшно сроднился и полюбил службу; в особенности наших молодцов-солдат! Я уверен, что эта летняя служба принесла мне огромную пользу, и с тех пор заметил в себе большие перемены. Через месяц поступаю в Гусарский полк, чтобы начать и кавалерийскую службу».
Природной педантичности, аккуратности и обязательности Николая с юности импонировала армейская среда. Но главное было в другом: Русская армия олицетворяла для него величие и мощь империи, незыблемость и силу России, что вызывало в душе самые восторженные чувства. В августе 1890 года он впервые оказался на больших военных маневрах, проводившихся в тот год в районе Луцка. В письме Александру Михайловичу восклицал: «Войска произвели на меня такое отрадное впечатление, о котором я вовсе не помышлял, и, по-моему, не только можно, но и должно сравнивать их действия с действиями гвардии, и по виду также. Все время стояла холодная, дождливая погода, местность для маневрирования была трудная, переходы огромные и, несмотря на все эти невзгоды, на параде все войска представились в таком виде, в котором, дай Бог, они всегда бы оставались впредь. В строю было 128 000 человек и 468 орудий, из которых был дан залп в момент поднятия императорского штандарта. Я в жизнь свою не забуду этого чудесного зрелища; каждое орудие дало по три выстрела в течение двух минут, и все это сливалось с потрясающим ура! Приятно было видеть и чувствовать эту мощь, сосредоточенную на небольшом пространстве, и сознавать, что это только десятая часть всей нашей армии. Я тебя уверяю, что у меня редко так сильно билось сердце».
Согласно традиции первый внук императора Александра II сразу после рождения был зачислен в списки гвардейских полков (Преображенского, Семеновского, Измайловского, Егерского, Кавалергардского и других) и назначен шефом 65-го пехотного Московского полка. В пятилетнем возрасте, в 1873 году, Николай Александрович назначен шефом лейб-гвардии Резервного пехотного полка, а в 1875 году зачислен в лейб-гвардии Эриванский полк. Шли годы, мальчик взрослел, и служебная «военная карьера» продолжалась. В день именин, 6 декабря 1875 года, Николай Александрович получил свое первое воинское звание — прапорщика. В 1880 году молодой великий князь производится в подпоручики.
Коренной перелом в судьбе Николая Александровича произошел 1 марта 1881 года, когда от рук убийц погиб император Александр II. Одна из фрейлин позже записала рассказ самого Николая II о событиях того давнего дня, когда в центре имперской столицы раздался страшный взрыв. Эхо того взрыва, как говорил сам Николай II, навсегда запечатлелось в памяти. Последний монарх редко делился с окружающими воспоминаниями; лишь только с самыми доверенными из родни, членов двора и свиты. В число этих близких входила и фрейлина, баронесса Софья Карловна Буксгевден, сохранившая верность царской семье до конца и после отречения Николая II последовавшая за ней в Сибирь. Позже ей удалось выбраться из России и написать воспоминания, куда включен и фрагмент о перво-мартовских событиях 1881 года в том виде, как его запомнила мемуаристка.
Баронесса благоговейно относилась к памяти венценосной семьи, бережно сохраняла и описывала самые мелкие подробности ее быта и времяпрепровождения. В силу этого рассказу баронессы безусловно можно доверять.
В середине дня 1 марта 1881 года семья наследника завтракала в Аничковом дворце, когда вбежал слуга и сообщил, что с царем несчастье. Цесаревич тотчас бросился на улицу, крикнув детям, Николаю и Георгию, чтобы они немедленно ехали в Зимний дворец. И они в сопровождении генерала Г. Г. Даниловича поехали.