Занятие последнего 10 января 1878 года побудило Великого Князя самому отказаться от тех условий перемирия, которые турки не решились принять накануне и, пользуясь паникой противника, стремительно наступать не только на Константинополь, но и на Галлиполи, справедливо оценивая чрезвычайно важное стратегическое значение этого последнего пункта.
В то же время Великий Князь донёс Государю своё крайнее убеждение, что «при настоящих обстоятельствах невозможно уже теперь останавливаться и ввиду отказа турок от условий мира необходимо идти до Царьграда и там покончить предпринятое Тобой святое дело».
13 января он прибыл в Сейменли-Тырново, где получил присланную Государем золотую саблю с алмазами и надписью «За переход через Балканы в декабре 1877 года» и, имея в виду взятие нашими передовыми частями железнодорожной станции Люле-Бургас, в 150 вёрстах от Константинополя, и станции Демотики в 80 вёрстах от Эгейского моря, приказал генералу Скобелеву произвести рекогносцировку к Царьграду и сделал распоряжения на случай войны с Англией и в особенности захвата ею выхода из Босфора в Чёрное море.
Однако в это самое время Великим Князем получены были указания Государя, сводившиеся к тому, чтобы войти в дружественное соглашение с начальниками иностранных флотов в Босфоре для водворения общими силами порядка в городе, избегать всякого столкновения с иностранным десантом в Константинополе, ввести туда войска лишь в случае просьбы жителей столицы и, наконец, ни в каком случае не отступать от сделанного нами Англии заявления, что мы не намерены действовать на Галлиполи, ибо она, со своей стороны, обещала нам то же, а потому достаточно выдвинуть наблюдательный отряд на перешеек, отнюдь не подходя к самому Галлиполи.
Эта телеграмма, указавшая на соглашение нашего правительства с Англией, связала действия Главнокомандующего, справедливо считавшего, что только заняв Константинополь и Галлиполи, Россия может властно диктовать условия мира Турции и противодействовать Англии. Это было тем более тяжело, что, продолжая удачное наступление, наша кавалерия дошла почти до Родосто.
18 января 1878 года турецкие уполномоченные были приняты вторично Великим Князем и на следующий день подписали протокол предварительных оснований мира и условия о перемирии.
Между тем вопреки обещанию и под предлогом защиты своих подданных в Константинополе, Англия послала свою эскадру в Босфор, что побудило Государя телеграммой 29 января предоставить Главнокомандующему полную свободу действий на берегах Босфора и Дарданелл, избегая непосредственного столкновения с англичанами, пока они сами не будут действовать враждебно.
Стеснение инициативы действий Главнокомандующего непрерывными указаниями из Санкт-Петербурга поставило Великого Князя в чрезвычайно затруднительное положение, тем более что турецкие уполномоченные, чувствуя поддержку англичан, стали затягивать переговоры.
Получив 9 февраля телеграфное повеление Государя ускорить занятие ближайших к Константинополю предместий, назначить кратчайший срок для получения согласия султана, а на случай его отказа приготовить достаточные силы, которыми представлялось действовать, не ожидая особых разрешений, Великий Князь предупредил уполномоченных, что намерен занять Сан-Стефано, куда действительно и прибыл 12 февраля в сопровождении 1-й роты и 1-го эскадрона.
Здесь 19 февраля наконец был подписан прелиминарный мир с Турцией.
14 месяцев неустанной работы в неприглядной обстановке войны, целый ряд лишений, постоянные волнения — всё это тягостно отозвалось на состоянии здоровья Великого Князя, который телеграммой 27 марта просил о замене его другим лицом. Несмотря на болезнь, Великому Князю удалось ещё настоять на прекращении турками фортификационных работ у Маврикия и в других местах, а также лично осмотреть расположенные против нас турецкие позиции.
2 апреля Великий Князь получил телеграмму Государя с извещением об увольнении его от командования армией. В воздаяние славно оконченной кампании Великий Князь был произведён в генерал-фельдмаршалы.
Важнейшими заслугами Великого Князя в эту кампанию следует признать: совершенно правильную оценку им как всей обстановки предстоящей войны, так и сил противника, для действия против которого вручённые ему силы он с самого начала войны считал недостаточными; обеспечение нашего успеха при переправе через Дунай не только удачным выбором места её, но и рекогносцировкой её с замечательной скрытностью, которая в подобного рода предприятиях имеет часто решающее значение; лично им предпринятый и блестяще исполненный зимний переход через Балканы и, наконец, энергичное наступление к Константинополю.