В 1898 году вернулся на действительную службу на флот. С 31 января 1899 года — старший офицер броненосца береговой обороны «Генерал-адмирал Апраксин».
В 1899-1900 годах с учётом личного опыта службы на броненосце «Генерал-адмирал Апраксин» разработал эскизный проект гораздо более мореходного 5 985-тонного броненосца береговой обороны с вооружением из шести скорострельных 203-мм орудий, расположенных в четырёх башнях, 75-мм противоминных пушек и с полным броневым поясом (технический проект выполнен Дмитрием Скворцовым). Участвовал в конкурсах на разработку проектов 14 000-тонного эскадренного броненосца — Александр Михайлович в 1899 году разработал эскизные проекты, а инженер Скворцов в 1899-1900 годах по его указаниям создал технические проекты броненосца с однокалиберным вооружением из шестнадцати 203-мм орудий в восьми двухорудийных башнях (приблизительный аналог тогда же разработанного итальянским кораблестроителем Витторио Куниберти проекта перспективного эскадренного броненосца для флота Италии (развитие проекта 1898 года итальянского кораблестроителя адмирала Б. Брина), позднее с изменениями воплощённого в четырёх итальянских кораблях типа «Реджина Елена» («Regina Elena»), построенных в 1901-1908 годах) и броненосного крейсера. Однако от проектов эскадренного броненосца и броненосного крейсера отказались (в Италии проектам Б. Брина и В. Куниберти «повезло» — их сильно переработали и броненосцы были построены), а строительство броненосца береговой обороны, который предполагалось назвать «Адмирал Бутаков», было прекращено в самой начальной стадии из-за нехватки средств.
В 1901-1902 годах командовал черноморским эскадренным броненосцем «Ростислав». 01 января 1903 года произведён в контр-адмиралы, назначен младшим флагманом Черноморского флота с зачислением в Свиту Его Императорского Величества.
С 1898 года — член (затем — председатель) Совета по делам торгового мореплавания. С ноября 1902 по октябрь 1905 года был первым и единственным руководителем (главноуправляющим) Главного управления торгового мореплавания и портов. Это ведомство, созданное по инициативе Александра Михайловича, было организовано из подразделений Министерства финансов (отдел торгового мореплавания, Совет по делам торгового мореплавания, Комитет по портовым делам) и Министерства путей сообщения (Отдел торговых портов). Как главноуправляющий отдельной частью, Великий князь Александр Михайлович стал членом Комитета министров. В качестве министра, Великий князь столкнулся со скрытым, но сильным противодействием всех остальных министров, не желавших появления в своей среде протокольно не равного им и юридически безответственного члена императорской фамилии; кроме того, министры боялись дальнейшего появления новых ведомств, создаваемых специально под Великих князей. В результате сильнейших аппаратных интриг Главное управление было преобразовано в отдел создаваемого Министерства торговли и промышленности, после чего Великий князь отказался от управления ведомством, уже не соответствующим его высокому рангу.