Следующие пять лет посвящались изучению военного дела, юридических и экономических наук, необходимых для государственного деятеля. Преподавание этих наук велось выдающимися русскими учёными с мировыми именами.
Все преподаватели отмечали усидчивость и аккуратность своего высокородного ученика. Он обладал цепкой памятью и острой наблюдательностью. Раз прочитанное или услышанное запоминал навсегда. То же касалось и людей, их имён и должностей.
Из всех предметов цесаревичу особенно нравились литература и история. Ещё с детства он полюбил читать. В круг его любимых, читаемых и перечитываемых авторов входили Пушкин, Лермонтов, Гоголь, Толстой, Достоевский, Чехов.
С 14 лет Николай был приучен вести дневник, и, по примеру многих тогдашних королей и дворян, он изо дня в день добросовестно заносил туда сведения о погоде, имена всех, с кем встречался, совершал прогулки, обедал. С годами ведение дневника стало потребностью. Благодаря дневниковым записям облик Николая II более зримо и правдиво предстаёт перед нашим взором.
По окончании теоретической подготовки, для того чтобы будущий император на практике познакомился с войсковым бытом и порядком строевой службы, отец направил его на военные сборы. Сначала два года Николай служил в рядах Преображенского полка, затем два летних сбора проходил службу в рядах кавалерийского гусарского полка и в артиллерии.
В марте 1889 года он писал: «Я проделал уже два лагеря в Преображенском полку, страшно сроднился и полюбил службу; в особенности наших молодцов-солдат! Я уверен, что эта летняя служба принесла мне огромную пользу, и с тех пор заметил в себе большие перемены».
Будущему императору с юности импонировала армейская среда. А русская армия олицетворяла для него величие и мощь Империи, незыблемость и силу России.
Николай был прирождённым офицером. Он соблюдал традиции офицерской среды и свято чтил воинские уставы и того же требовал от других. Ко всем своим обязанностям цесаревич Николай относился серьёзно и добросовестно, что создало ему большую популярность в среде офицеров-однополчан и рядовых солдат.
Ни один из своих титулов Николай Александрович не ценил более чина полковника, к которому представил его отец по окончании военной службы. Он так и сохранил это звание, будучи уже главнокомандующим армии.
Александр III вводил сына с юности в курс дела управления страной, приглашая участвовать в делах Государственного Совета и Комитета министров.
В программу образования будущего царя входили многочисленные путешествия по различным областям России, которые Николай совершал вместе с отцом.
В октябре 1890 года в возрасте 22 лет цесаревич Николай впервые отправился в длительное самостоятельное путешествие. Добираясь до Владивостока сухопутным и морским путями, он побывал в Австрии, Греции, Египте, Индии, Сиаме, Китае, Японии.