Открывшаяся вслед за тем Освободительная война 1877–1878 гг. с Турцией дала ему возможность уже на практике применить и проверить теоретически приобретенные им познания.
Уже 11 апреля 1877 г. молодой великий князь Николай Николаевич прибыл в свите императора Александра II, в Кишинев – главный город Бессарабии, откуда должно было начаться движение русских войск через Румынию к Дунаю.
Как известно, его отец, великий князь Николай Николаевич Старший, с объявлением Россией войны Турции был призван на пост главнокомандующего Российской действующей армией на европейском театре. Вследствие этого он в первой половине мая выехал из Кишинева в небольшой румынский городишко Плоешты, где должна была обосноваться на первое время главная квартира. Русские войска в это время находились уже в движении к Дунаю. На сей раз в свите главнокомандующего находился и его сын, молодой великий князь Николай Николаевич.
После ряда торжеств и участия в поездке главнокомандующего в Бухарест для отдачи визита румынскому князю Карлу и присутствования на празднествах в память 11-й годовщины вступления последнего на румынский престол для великого князя началась боевая жизнь.
В двадцатых числах июня он уже сопровождает своего отца и его начальника штаба, генерала Непокойчицкого, в совершенно секретной разведке этими лицами участка р. Дуная, намечавшегося для производства на нем русскими войсками переправы через эту серьезную речную преграду шириной от 700 до 1200 саж. Разведка эта представлялась не только крайне ответственной, но до некоторой степени и опасной ввиду нахождения турецких войск на южном берегу Дуная.
Пунктом для переправы первоначально была выбрана местность близ г. Систово, против которого, на северном берегу реки, лежало небольшое румынское селение Зимница. В этом месте у Зимницы, за узким протоком, лежал ряд островов, способствовавших расположению на них артиллерии и скрывавших до известной степени спуск понтонов на воду и посадку на них русских войск. Однако низменное расположение этих островов и весенний разлив Дуная вызывали некоторое сомнение в возможности производства здесь переправы, поэтому в виде дополнительного