Кроме практики в военном деле, Николая Александровича отец-император готовил к практическому управлению государством. С 1889 года цесаревич стал участвовать в заседаниях Государственного совета и Комитета министров. Александр III также хотел, чтобы его сын познакомился лично с различными регионами России, поэтому наследник сопровождал отца в его многочисленных поездках по стране.

Однако как бы ни был занят учебой и государственными делами юный цесаревич, он успевал отдавать должное своему увлечению искусством. Особенно он любил театр, за зимний сезон успевал посетить десятки спектаклей и все основные премьеры. Предпочтение наследник отдавал опере и балету. В 1890 году Николай Александрович на выпускном вечере балетной школы Императорского театрального училища познакомился с Матильдой Кшесинской, на тот момент выпускницей училища, позже ставшей балериной Мариинского театра. Их роман продлился около четырех лет. Однако он был не первым и не единственным у юного, пылкого цесаревича. До увлечения Кшесинской цесаревич был влюблен в княжну Ольгу Александровну Долгорукову, некоторое время у наследника была симпатия к английской принцессе Виктории, дочери Альберта принца Уэльского. В это время, рассуждая о своих влюбленностях, о том, что он способен увлекаться то одной женщиной, то другой, Николай Александрович весной 1892 года писал в своем дневнике: «Право, можно было бы заключить из этого, что я очень влюбчив? До известной степени да; но я должен прибавить, что внутри я строгий судья и до крайности разборчив!»

По завершении высшего образования Александр III принял решение отправить сына в длительное зарубежное путешествие. Император хотел, чтобы тот познакомился с различными странами и их государственным устройством. 22-летний цесаревич отправился в путь 23 октября 1890 года. Для этого практически мирового турне император выделил сыну крейсер «Память Азова», который для безопасности наследника сопровождала целая эскадра военных кораблей. Программа поездки включала в себя знакомство с достопримечательностями стран, в которых побывал наследник, а также официальные встречи.

В октябре 1890 года Николай Александрович поездом прибыл из Петербурга в итальянский порт Триест, где поднялся на борт крейсера. Из Италии он направился в Грецию, где встретился с королевой эллинов Ольгой Константиновной и ее мужем королем Греции. Их сын принц Георг присоединился к Николаю Александровичу, став его товарищем в предстоящем путешествии.

Из Греции цесаревич направился в Египет, где со свитой путешествовал по Нилу, знакомясь с египетскими древностями. Затем он отправился в Индию, по которой достаточно долго путешествовал, посещая самые известные достопримечательности страны. Затем Николай Александрович посетил Цейлон, Сингапур, остров Яву. Он гостил у короля Сиама, где был награжден орденом и получил дорогие подарки. В марте 1891 года цесаревич прибыл в Китай, где оставался больше месяца, знакомясь со страной, путешествовал по рекам, посещал чайные плантации, покупал предметы искусства.

В середине апреля 1891 года российские корабли прибыли в Японию. Цесаревич активно заинтересовался бытом и искусством этой страны, посещал старинные японские города, интересовался культурой, прибрел множество предметов искусства. Принимающая сторона буквально осыпала высокого гостя подарками, которые пришлось увозить сразу на трех российских судах. Наследника российского престола принимали на самом высоком уровне, его сопровождал в поездке по стране лично японский принц Арисугава Такэхито. В Японии Николаю Александровичу по его желанию сделали цветную татуировку на руке в виде дракона, процедура длилась семь часов. Его очень заинтересовало такое исключительно японское явление, как гейши. У цесаревича даже появилась подруга-гейша, сохранились фотографии, на которых они запечатлены вместе.