Согласно традиции, в день рождения внук императора 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 г., Николай Александрович — шеф лейб-гвардии Резервного пехотного полка, а в 1875 г. зачислен в лейб-гвардии Эриванский полк. Шли годы, мальчик взрослел, и служебная «военная карьера» продолжалась. В день именин, 6 декабря 1875 г., Николай Александрович получил свое первое воинское звание — прапорщик. В 1880 г. молодой великий князь производится в подпоручики.
Резкие изменения в судьбе юноши происходят в 1881 г., когда его отец становится императором, а он — престолонаследником. На второй день после восшествия на престол Александра III Николай Александрович назначается атаманом всех казачьих войск. Прошло еще три года, и в 1884 г. цесаревич Николай поступает на действительную военную службу, а 6 мая того же года приносит воинскую присягу в Большой церкви Зимнего дворца. Очевидец этого события, великий князь Константин Константинович (президент Российской академии наук, переводчик, поэт — литературный псевдоним «К. Р.»), записал в тот день в дневнике: «Нашему цесаревичу сегодня 16 лет, он достиг совершеннолетия и принес присягу на верность Престолу и Отечеству. Торжество было в высшей степени умилительное и трогательное. Наследник — с виду еще совсем ребенок и очень невелик ростом. Прочитал он присягу, в особенности первую, в церкви детским, но прочувствованным голосом; заметно было, что он вник в каждое слово и произносил свою клятву осмысленно, растроганно, но совершенно спокойно. Слезы слышались в его детском голосе. Государь, Императрица, многие окружающие, и я в том числе, не могли удержать слез».
Но изменение общественного положения не отразилось существенно на чинопроизводстве, и воинские звания присваивались почти всегда лишь по выслуге лет. В августе 1884 г. Цесаревич стал поручиком. В июле 1887 г. девятнадцатилетний юноша приступает к регулярной военной службе в Преображенском полку и производится в штабс-капитаны. В апреле 1891 г. наследник престола получает звание капитана, а через год, в мае 1891 г., — полковника. На этом производство было завершено, и в чине полковника последний Царь оставался до самого конца, так как считал неприличным присваивать себе новые воинские звания.
Нравственный облик, культурные запросы, жизненные привычки семнадцатого монарха из династии Романовых формировались в той среде, где он родился и вырос. Мир русской императорской фамилии, патриархальный уклад жизни царской семьи непосредственно влияли на личность. И здесь первенствующую роль играли отец и мать. Александр III, при всей своей внешней строгости и, как считали многие, жесткости по отношению к своим близким неизменно оставался всегда преданным семьянином и любящим отцом. Но непосредственно детьми занималась мать — императрица Мария Федоровна, которой муж полностью доверял все, что касалось воспитания и образования. Скромность, учтивость, светские манеры, глубокое религиозное чувство — все это им прививалось с младенческих лет. Мать все время повторяла: никогда не забывайте о своем происхождении и предназначении, ни на минуту не позволяйте себе забыть, что на вас всегда обращено множество глаз и вы не имеете права своим поведением бросить хоть тень на высокий общественный статус семьи, на роль и престиж своего отца. Ноша царского долга была трудна, порой непереносима, и не все дети Александра III достойно прожили свою жизнь. Случалось всякое. Лучше всех следовать наставлениям родителей удавалось старшему сыну.