В 1855 г. он получил звание флигель-адъютанта, а в 1858 г. произведён в генерал-майоры с зачислением в свиту Его Величества. В 1861 г. Николай Геннадьевич был командирован в Калужскую губернию, для того чтобы контролировать введение в действие положения о крестьянах. При этом за правильное решение возникших недоразумений в одном из имений получил высочайшее благоволение и в том же году назначен начальником штаба отдельного гренадерского корпуса.
Кроме военных воспитателей, или, как называли их при дворе, гувернёров, с двумя старшими сыновьями цесаревича продолжала заниматься Скрипицына, а с нового, 1850 г., по два раза в неделю давали им уроки учитель гимнастики Август Линден и учитель танцев Огюст.
Ежедневно дети вставали в 7 часов утра, после молитвы до занятий ходили здороваться с родителями и с императорской четой. Нередко «грозного анпапа» встречали в парке во время его обычной утренней прогулки, «чинно становились перед ним во фрунт и снимали фуражки, за что каждый получал по звонкому поцелую» от него. Около часа до завтрака ребята занимались с Хреновым маршировкой и ружейными приёмами. После завтрака дважды в неделю они обучались воспитателями и дважды занимались гимнастикой на сетке. Каждый день в полдень начинался урок у Скрипицыной. В два часа следовал обед, после которого ходили гулять с гувернёрами, либо ездили по окрестностям Царского Села в шарабане, тележке или верхом на маленьких лошадках. В 4 часа подавали чай, затем два раза в неделю проходил урок танца и дважды занятия со Скрипицыной.
Свободное от занятий время посвящалось прогулкам с воспитателями, пешком или в экипаже, а также различным играм (с оловянными солдатиками, в войну, в лошадки, в охоту и др.), катанию на лодках. С 7 часов вечера дети проводили время за чайным столом в Китайской комнате у своей «мама» Марии Александровны. Здесь же находился цесаревич Александр Николаевич с состоявшими при нём лицами. Чай разливала обычно дежурная фрейлина. Это время было самым отрадным для детей, где они испытывали радость общения со своими родителями, обменивались впечатлениями, получали от них поощрения, наставления и пожелания. Приняв благословение от отца и матери, обычно в 8 часов вечера, дети отправлялись спать.
В воскресные и праздничные дни после обеда к царевичам приглашались их сверстники из семей российской элиты (Никса и Володя Адлеберги, Саша Паткуль, Гриша Гогель и др.), с которыми они проводили время до вечера. «Те часы, которые мы проводили во дворце, — вспоминала позже А. П. Болотовская, — были для нас прямо чем-то сказочным. В длинной галерее Большого царскосельского дворца были собраны всевозможные игрушки, начиная с простых и кончая самыми затейливыми, и нашему воображению представлялся тут полный простор. Помню как сейчас длинную вереницу всяких экипажей, приводивших нас в неописуемый восторг. Однако, несмотря на обилие, разнообразие и роскошь игрушек, одной из любимейших наших забав была игра в лошадки, а так как у меня… были длинные локоны, то я всегда изображала пристяжную. Великий князь Александр Александрович вплетал в мои локоны разноцветные ленточки, садился на козлы, и мы с гиком летели вдоль всей галереи…» (51а, с. 43).
По давно устоявшейся традиции к 1 июля, дню рождения императрицы Александры Фёдоровны и её бракосочетанию с Николаем Павловичем, двор непременно переселялся в Петергоф (в переводе с голландского «двор Петра»), или, как его называли в XVIII в., Русский Версаль, а позже Столица фонтанов. Это место, расположенное в 29 километрах от Петербурга на южном берегу Финского залива, произвело на царицу ещё в 1817 г., по её признанию, большее впечатление, нежели Павловск и Царское Село. По дерзновенному замыслу Петра I в небывало короткие сроки здесь были разбиты парадные парки и дворцы, превосходящие по красоте и роскоши европейские. Ко времени царствования Николая I Петергоф представлял собой уже внушительный архитектурно-художественный комплекс, включавший несколько парков, дворцовых зданий и павильонов, десятки фонтанов, каскадов и множество мраморных, бронзовых свинцовых статуй, бюстов и барельефов. Пышность и великолепие Петергофа прежде всего демонстрировал со стороны моря Большой дворец, вытянутый почти на 300 метров единым ярким фасадом.
Под влиянием желаний и вкуса своей супруги Николай I превратил за годы своего правления пустынную местность вокруг Петергофа в роскошные парки, застроенные изящными и причудливыми павильонами и дворцами. Почти каждый год в Петергофе, словно в волшебной сказке, появлялось новое сооружение. Уже в 1826-1829 гг. восточнее основного ядра по проекту архитектора шотландца А. Менеласа, работавшего в России, создаётся дворцово-парковый ансамбль «Александрия», названный так по имени жены Николая I. Основные строения парка расположились на его верхней террасе. В её восточной части в эти же годы возведена главная постройка — дворец Коттедж (в переводе с английского — «сельский домик»). Он представляет собой удивительно красивое, чётко спланированное двухэтажное здание с мансардой. 14 июля 1829 г. дворец был освящён и затем подарен императором Александре Фёдоровне. С 1 августа Коттедж стал именоваться Александрией — дачей Её Величества. Вскоре были закончены такие оригинальные сооружения, как Готическая капелла (церковь Святого благоверного великого князя Александра Невского), Ферма, Телеграфный домик, Караулка, Готический колодец и другие. В 40-х гг. XIX в. по проектам русского архитектора А. Штакеншнейдера вдоль фонтанного водовода Петергофа были также разбиты обширные парки — Колонистский, Луговой, Озерковый и Бельведерский сад. Тем же зодчим построены на искусственных островах Ольгина пруда павильоны: Ольгин, Царицын и Озерки (Розовый) у начала чугунных фонтанных труб. На самой большой возвышенности в окрестностях Петергофа Бабигоне Штакеншнейдер возвёл дворец Бельведер (с итальянского — «прекрасный вид»), напоминающий древнегреческий античный храм.
Любимым местом императрицы стал утопающий в зелени и цветах Коттедж, а цесаревич и цесаревна с детьми располагались в Ферме, вокруг которой возникали разнообразные постройки для учёбы и игр подрастающих великих князей. Там появились детская крепость, пожарная каланча, водяная мельница, крестьянская избушка, а на берегу Финского залива — детская фермочка.
Конечно, в небольших комнатах Фермы братьям жилось не столь просторно, как в огромных покоях роскошного Екатерининского дворца в Царском Селе. Тем не менее учёба с ними продолжалась по-прежнему. Занятия были не обременительны, они много гуляли по прекрасным петергофским паркам и окрестным рощам, где собирали грибы и ягоды. Особенно нравилось им бывать в районе небольшого увеселительном дворца Петра I Монплезира (по-французски — «моё удовольствие»), откуда открывалась широкая панорама моря и в отдалении просматривался Петербург. Нередко они отправлялись в гости в Сергиевку к великой княгине Марии Николаевне (местность эта известна под названием Собственная дача), в Ораниенбаум к Елене Павловне (вдове великого князя Михаила Павловича), в Стрельну к дяде Косте и тёте Сани. Вечерами дети часто слушали музыку оркестров гвардейских полков, которую те исполняли перед Большим дворцом.
С осени 1850 г., по возвращении двора в Петербург, обоих старших братьев начали учить в манеже верховой езде, которую преподавал им берейтор Барш под высшим руководством обершталмейстера генерал-адъютанта барона Е. Мейендорфа.
О ходе обучения своих августейших подопечных, их поведении, взаимоотношениях, физическом развитии, наклонностях, достижениях, шалостях, допущенных ошибках воспитатели и преподаватели систематически рапортовали наследнику.
Одним из главных положительных качеств, зафиксированных у великого князя Александра Александровича в отзывах его пестунов, было старание.
Уже в сентябре 1850 г. Зиновьев несколько раз в докладах отмечает старание пятилетнего Александра к строевым занятиям. В итогах за июнь 1855 г. воспитатели сообщают, что к чистописанию великий князь относился «очень серьёзно и старательно». Другими важными особенностями его склада были развитые с детства чувства самолюбия и справедливости.
По достижении 7-летнего возраста, великих князей одного за другим отделяли, поручая их воспитателям. По установившейся традиции все великие князья в день рождения или крещения зачислялись в гвардейские полки и назначались шефами различных частей. Так «железный» император Николай I записал Александра Александровича в списки лейбгвардии Гусарского, Преображенского и Павловского полков и поставил его шефом Астраханского карабинерного (позже 12-го Драгунского) полка.
В последующие годы многочисленные государственные и семейные праздники служили поводом для тиражирования шефства и зачисления в полки, пожалования высочайших наград и производства в офицерские звания.