Так уж получилось, что от брата Николая (Никса) Александр унаследовал не только нежеланный статус цесаревича, но и его невесту, урожденную датскую принцессу Дагмар (Мария-София-Фредерика-Дагмар). Это брачная партия не была холодным династическим союзом, во имя которого приносятся в жертву личные симпатии. Молодые люди любили друг друга. Дочь датского короля Христиана IX приняла православие и при миропомазании получила имя Марии Федоровны.
28 октября 1866 г. в Петербурге состоялась торжественная брачная церемония. Марии Федоровне было тогда девятнадцать лет, Александру Александровичу — двадцать один год. Брак был счастливым. Они прожили в мире и согласии 28 лет. Помимо сына Николая в этой семье родилось еще пятеро детей: Александр (1869-1871), Георгий(1871-1899), Ксения (1875-1960), Михаил (1878-1918), Ольга (1882-1960). Рождение первенца цесаревич и цесаревна ждали с большим волнением, ждали полтора года, пережив за это время страхи и опасения. Александра даже стала посещать страшная мысль, что, может быть, и вообще у них с Минни (так все в семейном кругу звали Марию Федоровну) не будет детей. Но Бог оказался милостив к ним, и жена родила здорового и крепкого мальчика.
Это событие счастливый отец описал в дневнике: «Минни разбудила меня в начале 5-го часа, говоря, что у нее начинаются сильные боли и не дают ей спать; однако по временам она засыпала и потом опять просыпалась, [и так] до 8 часов утра. Наконец мы встали и отправились одеваться. Одевшись и выпив кофе, пошел скорее к моей душке, которая уже не могла окончить свой туалет, потому что боли делались чаще и чаще и сильнее… Я скорее написал Мама записку об этом, и Мама с Папа приехали около 10 часов, и Мама осталась, а Папа уехал домой. Минни уже начинала страдать порядочно и даже кричала по временам. Около 12 1/2 жена перешла в спальню и легла уже на кушетку, где все было приготовлено. Боли были все сильнее и сильнее, и Минни очень страдала. Папа вернулся и помогал мне держать мою душку все время. Наконец в 1 /2 3 пришла последняя минута, и все страдания прекратились разом. Бог послал нам сына, которого мы назвали Николаем. Что за радость была — это нельзя себе представить. Я бросился обнимать мою душку жену, которая разом повеселела и была счастлива ужасно. Я плакал как дитя и так было легко на душе и приятно».
В императорской фамилии появился новый великий князь, а у императора Александра II — первый внук. Событие было ознаменовано 101 орудийным залпом в Петербурге, наградами высшим должностным лицам империи. Через две недели, 20 мая (1 июня), в церкви Большого Царскосельского дворца состоялись крестины. Восприемниками были: Александр II, великая княгиня Елена Павловна (вдова брата царя Николая I, великого князя Михаила Павловича), датская королева Луиза и наследник датского престола принц Фредерик (король Дании Фредерик VIII в 1906-1912 гг.). По давней традиции малютке — великому князю были пожалованы высшие ордена России: Святого Апостола Андрея Первозванного, Александра Невского, Белого Орла, а также Святой Анны и Святого Станислава первых степеней. Все были счастливы, но больше всех — родители. Через несколько дней Александр Александрович записал: «В этот год свершилось пламенное и самое большое наше желание с женой, а именно: Бог послал нам свое высочайшее благословение — сына. За это мы будем всегда благодарить Всевышнего, тем более что оно нам не легко досталось, и несмотря на ужасные минуты, где мы приходили в отчаяние с женой, мы постоянно надеялись на Бога, и Он нас не оставил и вознаградил наше терпение столь отрадным появлением на свет нашего ангела — первенца».