Встретившись во Франции с Александром, Николай не сумел скрыть восторгов от встречи с немецкой принцессой, а благосклонное отношение к этому старшего брата еще более укрепило его чувства. Вскоре он признался, что влюблен в Шарлотту, и ее отцу – прусскому королю. Оба государя остались очень довольны таким поворотом дела: это означало, что для заключения династического брака со стороны молодых людей не последует никаких препятствий. Перед отъездом в Австрию на Венский конгресс Фридрих Вильгельм приказал обер-гофмейстерине королевского двора графине Фосе сообщить принцессе Шарлотте, что отец хотел бы выдать ее замуж за русского великого князя Николая Павловича. Принцесса не возражала, только скромно заметила, что ей будет жаль расставаться с любимым родителем. В написанном сразу же после этого письме к старшему брату принцу Вильгельму она признавалась, что счастлива таким выбором отца, так как Николай, которого она видела только один раз, очень ей нравится.
Политические разногласия между Россией и Пруссией, возникшие во время Венского конгресса, не помешали реализации матримониальных планов. Король Фридрих Вильгельм и император Александр симпатизировали друг другу и были не прочь породниться. Осенью 1815 г. при возвращении русских войск на родину Александр вместе с Николаем и двумя сестрами – вдовствующей принцессой Ольденбургской Екатериной Павловной и герцогиней Саксен-Веймарской Марией Павловной – заехал в Берлин. Здесь прусский король устроил торжественную встречу русскому гренадерскому полку, почетным шефом которого являлся. 23 октября в королевском замке по этому случаю был дан большой обед. На нем официально объявили о помолвке Николая и Шарлотты.
Убедившись, что будущим семейным отношениям двух династий ничто не угрожает, обе стороны не стали торопиться со свадьбой, дожидаясь совершеннолетия жениха и невесты. Николай Павлович должен был завершить свое образование, путешествуя по странам Европы, а принцесса Шарлотта – подготовиться к принятию православия, для чего к ней в Берлин выехал духовный наставник – протоиерей Музовский.
31 мая 1817 г. принцесса, ее брат принц Вильгельм и их свита на двенадцати экипажах выехали из Берлина в Россию через Данциг (Гданьск) и Кенигсберг (нынешний Калининград). Великий князь Николай встречал невесту в Мемеле. Вместе они прибыли в Гатчину, где их ожидал император Александр I, а оттуда через Царское Село отправились в Павловск – летнюю резиденцию императрицы-матери Марии Федоровны.
Торжественный въезд прусской принцессы в Петербург состоялся 19 июня. Шарлотта ехала в золоченой карете в сопровождении двух императриц – матери и супруги Александра I. Вдоль дороги шпалерами стояли гвардейские полки. Возле Зимнего дворца невесту великого князя встречали сановники и духовенство. 24 июня в большой дворцовой церкви Шарлотта приняла православие. Присутствовавшие удивлялись тому, как четко эта маленькая немка произнесла текст Символа веры на церковно-славянском языке. В этот день она получила новое имя и титул, став великой княжной Александрой Федоровной.
Ее обручение с Николаем Павловичем состоялось 25 июня, в день рождения великого князя, у которого, таким образом, был двойной праздник. Александра Федоровна была одета в сшитый специально для этого случая роскошный исторический костюм в русском стиле, а ее голову украшал кокошник.
Венчание великокняжеской четы состоялось 1 июля в Петербурге. В Зимнем дворце собралась вся императорская семья, включая цесаревича Константина Павловича, специально приехавшего из Варшавы на свадьбу младшего брата. Вечером того же дня во дворце был дан праздничный обед и бал, на которых кроме придворных присутствовали военные и статские чины трех высших классов Табели о рангах. От имени короля Фридриха Вильгельма III молодых поздравил чрезвычайный прусский посол князь Антон Радзивилл.
Император Александр I подарил молодым Аничков дворец в Петербурге. Но великокняжеская чета поселилась в нем уже ближе к зиме, а все лето молодой двор кочевал по пригородным царским резиденциям. В Царском Селе, Стрельне, Петергофе, Ораниенбауме для Николая и Александры устраивались праздники, балы и маскарады. Все это время рядом с сестрой находился и прусский принц Вильгельм.
17 апреля 1818 г. Александра Федоровна родила первенца – великого князя Александра Николаевича (будущего императора Александра II). Счастливый дед, король Фридрих Вильгельм III пожелал лично увидеть внука, а заодно пообщаться со своим другом – императором Александром I. Захватив с собой старших сыновей, наследника Фридриха Вильгельма и Карла, он отправился в Москву, где в это время находился весь императорский двор. На границе прусскую королевскую семью встретил генерал-адъютант князь В. С. Трубецкой, а в Орше – начальник Главного штаба русской армии барон И. И. Дибич. Сам император Александр I с цесаревичем Константином и великими князьями Николаем и Михаилом встречал пруссаков в двадцати километрах от старой русской столицы и сопровождал их далее.
4 июня под гром орудийного салюта и колокольный благовест прусский король с сыновьями въехал в Москву. В первые три дня высоким гостям предложили «культурную программу», какой и сейчас обычно развлекают именитых гостей: осмотр Кремля, старинных монастырей и прочих достопримечательностей, а по вечерам – отдых в узком семейном кругу, неспешные ужины с императором и императрицами, цесаревичем и великими князьями. Потом подошел черед московских аристократов приглашать короля к себе. Фридриха потрясла роскошь балов, которые в его честь дал московский генерал-губернатор. Князь Н. Б. Юсупов принял гостей в своем имении Архангельское, а Д. Н. Шереметев – в Останкино. Эти подмосковные усадьбы, их дворцы и парки мало чем уступали царским резиденциям под Петербургом и славились своими крепостными театрами.
Ознакомившись с красотами Москвы и окрестностей, прусский король пожелал осмотреть развалины, оставшиеся после пожара во время нашествия Наполеона. Сопровождавший королевскую семью молодой граф П. Д. Киселев отвел гостей на Пашкову вышку, откуда открывался вид на целые улицы, уничтоженные огнем и еще не восстановленные. К его удивлению, старый Фридрих Вильгельм, за твердость и жесткость характера прозванный «деревянным человеком», вдруг встал на колени и приказал то же самое сделать сыновьям. Он несколько раз поклонился сожженной Москве и со слезами на глазах произнес: «Вот наша спасительница! »
После двух недель пребывания в старой столице королевская семья отправилась в Петербург, где их снова ожидали экскурсии, приемы, балы, охоты и парады, посещения загородных императорских дворцов. Фридрих и его сыновья остались очень довольны поездкой и были в полном восторге от гостеприимства своих русских родственников и роскоши жизни императорского двора и местной аристократии.