С 1800 года главным воспитателем Николая и Михаила стал директор Сухопутного кадетского корпуса, генерал Матвей Иванович Ламздорф, сурово и даже жестоко обращавшийся со своими воспитанниками. Он нередко бил великих князей линейками, ружейными шомполами и пр. «Не раз случалось, что в своей ярости он хватал великого князя за грудь или воротник и ударял его об стену так, что тот почти лишался чувств. Розги были в большом употреблении, и сечение великих князей не только ни от кого не скрывалось, но и заносилось в ежедневные журналы».

Кроме М. И. Ламздорфа, воспитателями великого князя были назначены генерал-майор Н. И. Ахвердов, два полковника – П. И. Арсеньев и П. П. Ушаков. Обучали его Закону Божьему, языкам – русскому, французскому, английскому, немецкому, латыни и древнегреческому, – арифметике, русской истории, географии, артиллерии, инженерному искусству, музыке, рисованию, танцам, фехтованию и верховой езде.

Этими науками и искусствами мальчик занимался до пятнадцати лет, а потом и к нему и к Михаилу были приглашены профессора, читавшие университетские курсы логики и морали, политических наук, юриспруденции, военного управления, государственного хозяйства, духовного управления – народного просвещения и финансов. Ученик великого математика Эйлера – академик Логгин Юрьевич Крафт и профессор Н. И. Вольгемут стали знакомить великих князей с высшей математикой, опытной и теоретической физикой, механикой и технологией для того, чтобы сделать из Николая профессионального военного инженера. Эти занятия достигли цели – и из него вышел хороший, знающий инженер, и, вопреки сложившемуся ходульному о нем мнению, неплохо образованный человек. Его любимыми занятиями стали рисование, гравировка по металлу, игра в шахматы, верховая езда, но более всего – военные игры, смотры, парады и разводы, которыми он готов был заниматься с утра до вечера.

Современники, знавшие его с детства, утверждали, что характер у Николая был довольно сложный: сердечность и прямота сочетались в нем с жестокостью и резкостью. Был он вспыльчивым, скорым в решениях, шумным и веселым в игpax с товарищами, но серьезным и задумчивым наедине с самим собой.

В 1810 году специально для Николая и Михаила сформировали лейб-гвардии Дворянскую роту из воспитанников Пажеского корпуса, который с 1802 года был привилегированным военно-учебным заведением. Рота эта напоминала «потешные» Петра I, и Николай в ней носил чин штабс-капитана, был ротным адъютантом и командиром полувзвода. Пажи несли караульную службу в Зимнем дворце, участвовали в разводах и придворных церемониях. Николай, которого именовали «Романов 3-й», с самого начала увлекся военной службой, особенно ее парадной стороной, и всю жизнь с гордостью называл себя «ротным командиром», добиваясь, от всех, кто ему служил, соблюдения строгой военной дисциплины. С тех пор фронт и армия стали его всепоглощающей страстью, главным делом и любимым занятием всей его жизни.

Когда началась война 1812 года, Николаю было 16 лет, а Михаилу – 14. Братья, конечно же, просились в действующую армию, но императрица-мать не отпустила их.

Только 5 февраля 1814 года, когда союзники были уже на территории Франции, им разрешили отправиться на войну. Вместе с ними отправилась в путь и небольшая свита, возглавляемая Ламздорфом. На первых порах поездка была чисто увеселительной: они посетили Веймар, где жила их старшая сестра – герцогиня Саксен-Веймарская, Мария Павловна, а затем уехали в Брухзал, где у своей матери гостила императрица Елизавета Алексеевна – жена их старшего брата императора Александра I. И только в мае оказались они в Париже, уже полтора месяца оккупированном союзниками.