Как раз тогда, в Дании, у Марии Фёдоровны случился выкидыш из-за неосторожной верховой езды, которую очень любила великая княгиня. Наконец, в 1868 г. у нее родился сын Николай (будущий Николай II). В своем дневнике Александр Александрович записал: «…Около 12.30 жена перешла в спальню и легла на кушетку, где все было приготовлено. Боли были все сильнее и сильнее, и Минни (Мария Фёдоровна. – К. С.) очень страдала. Папа вернулся и помогал мне держать мою душку все время. Наконец, в половине третьего пришла последняя минута и все страдания кончились разом. Бог послал нам сына, которого мы нарекли Николаем…» Вскоре родился Александр, который, правда, прожил совсем недолго. Согласно воспоминаниям С. Д. Шереметева, эта смерть чрезвычайно сблизила супругов. В 1871 г. у цесаревича появился на свет сын Георгий, в 1875 г. – дочь Ксения, в 1878 г. – сын Михаил. Дочь Ольга родилась уже у императора, Александра III, в 1882 г.
23-летний великий князь не должен был оставаться без серьезного дела. В 1867 г. великий князь Михаил Николаевич писал племяннику: «Жду с нетерпением той минуты, когда ты в состоянии будешь облегчать труды твоего отца, как он это делал в отношении Ан-Папа (Николая I. – К. С.); это и для тебя самого будет в высшей степени полезно, ибо исподволь подготовит тебя к огромному труду и ответственности, которые тебе суждено когда-нибудь принять на твои собственные плечи! Но для того чтобы быть в состоянии исполнить это важнейшее назначенье твоей жизни, надо тебе самому, Саша, много еще работать, готовиться, думать и стараться и не терять ни минуты, ибо время дорого». Еще в 1866 г. цесаревич был введен в состав Государственного совета, а в 1868 г. – Совета и Комитета министров, возглавил комиссию по оказанию помощи голодающим в северных губерниях (прежде всего в Архангельской). За последнее дело цесаревич принялся с энтузиазмом и достиг немалых успехов. Так его постепенно привлекали к делу управления государством. Однако на заседаниях правительственных учреждений застенчивый великий князь Александр Александрович почти не выступал, а преимущественно молчал и слушал.
Вместе с тем у него постепенно формировалось собственное понимание многих вопросов. Цесаревич критически оценивал военного министра Д. А. Милютина и его деятельность (в том числе и реформу 1874 г.). Министр народного просвещения А. В. Головнин вызывал его резкое неприятие. Великий князь даже обращался к отцу (правда, без особого успеха), отмечая, что этот государственный деятель «отменил все предания дисциплины в учебном мире» и тем самым способствовал умственному «развращению» молодежи. Наследник престола с большим интересом читал славянофильские издания, статьи И. С. Аксакова и Ю. Ф. Самарина. В том числе под этим влиянием у него складывался свой взгляд на политику России на окраинах империи. В частности, он возмущался господством немецких баронов в Остзейском крае (современных Эстонии и Латвии).