Отвергнутая супруга, как и ее окружение, прививала сыну ненависть к отцу, осуждала его частые визиты в Немецкую слободу и путешествия за границу. Обстановка в семье не способствовала воспитанию цельной натуры, вынуждая царевича постоянно лавировать между отцом и матерью, скрывать подлинные чувства, лицемерить, гасить откровенность.
Шести лет царевича начали обучать грамоте. Его учителем был Никифор Вяземский, человек слабовольный, малообразованный, лишенный педагогических способностей. Он не сумел привить ни уважения к себе, как воспитателю, ни любви к труду. Воспитанник, когда подрос, часто бивал своего наставника палкой, драл за волосы и, чтобы избавиться от уроков, давал ему поручения, требовавшие выезда из Москвы.
После возвращения из заграничного путешествия в 1698 году и заточения Евдокии в келью Суздальского Покровского монастыря Петр решил отправить сына для продолжения обучения в Дрезден. Но этому неслыханному для того времени плану не суждено было осуществиться — в 1700 году с катастрофического поражения русских войск под Нарвой началась война со Швецией. В жизни Петра наступил новый этап, когда он вынужден был сосредоточить свою недюжинную энергию на борьбе с грозным противником, покушавшимся на суверенитет страны.
Но и в этой крайне напряженной обстановке царя не покидала мысль отправить сына за границу, на этот раз не в Дрезден, а в Вену. Однако военные успехи шведского короля и угроза наследнику оказаться в неприятельском плену вынудили царя отказаться и от этого плана и принять решение обучать сына в России. Воспитателем и учителем был приглашен барон Гюйссен, получивший превосходное образование в немецких университетах. Контракт об условиях его поступления на русскую службу был заключен в 1702 году, а в следующем году он составил обширную программу обучения царевича, предусматривавшую овладение французским языком, сведениями по географии, геометрии, астрономии, фортификации и, для придания воспитаннику внешнего лоска, танцам и верховой езде.
Гюйссену определили должность обер-гофмаршала царевича с жалованьем в тысячу рублей в год, однако он отказался от этой должности, в обязанности которой входили хозяйственные и финансовые заботы. Их он нашел для себя обременительными и попросил назначить на эту должность Меншикова, а себя — его помощником. Таким образом, фактически неграмотный и невоспитанный Меншиков становился главным наставником наследника. Петр удовлетворил просьбу Гюйссена. «Узнав о ваших добрых качествах и вашем добром поведении, — писал он ему по возвращении в Москву из похода 1703 года, завершившегося взятием Ниеншанца (в котором, между прочим, участвовал и тринадцатилетний царевич в качестве солдата бомбардирской роты), — я вверяю единственного моего сына и наследника моего государства вашему надзору и воспитанию. Не мог я лучше изъявить вам мое уважение, как поручить вам залог благоденствия народного. Не мог я ни себе, ни своему государству сделать ничего лучшего, как воспитав моего преемника. Сам я не могу наблюдать за ним, вверяю его вам, зная, что не столько книги, сколько пример будет служить ему руководством».
Однако в начале 1705 года Петр отправил Гюйссена за рубеж для выполнения разного рода дипломатических поручений, и тот возвратился в Москву только в октябре 1708 года. Три с половиной года отсутствия Гюйссена падают на время, когда царевичу надлежало наполнять голову полезными знаниями, а он был предоставлен самому себе. Будучи юношей слабовольным, царевич попал под полное влияние попов, юродивых, родственников бывшей царицы Лопухиной. Его вполне устраивали детские игры, беззаботное времяпровождение. Бездельничать ему никто не мешал: отец был поглощен войной, обер-гофмейстер находился в Петербурге, а воспитанник — в Москве.
Впрочем, отец не забывал о существовании сына и время от времени, чтобы приобщить его к делам управления, давал ему поручения: заготовить провиант, набрать рекрутов, подготовить Москву к обороне на случай появления у ее стен неприятеля и др.
После разгрома шведов под Полтавой появилась наконец возможность отправить царевича для обучения за границу. В октябре 1709 года царь велел сыну отправиться в Дрезден, чтобы он, «будучи там, честно жил и прилежал больше к учению, а именно языкам (которые уже учишь, немецкий и французский), геометрии и фортификации и отчасти политических дел». В Дрезден царевича сопровождали сыновья князя Ю. Трубецкого и канцлера Г. Головкина, которых Меншиков, все еще сохранявший должность обер-гофмаршала, обязал, «яко честных и обученных господ», жить там инкогнито, учтиво обходиться с местными жителями и следить, «чтоб его величество государь царевич в наказанных ему науках всегда обретался». Наконец, инструкция требовала от сопровождавших царевича господ иметь с ним «доброе согласие и любовь».