6 апреля состояние цесаревича резко ухудшилось. Появился жар, больной стал жаловаться на боль в глазах, тошноту, рвоту. Врачи пытались скрыть правду о резком ухудшении его состояния от императрицы Марии Александровны. В Санкт-Петербург императору была отправлена телеграмма, и император принимает решение срочно выехать в Ниццу вместе с доктором Здекауэром и графом Перовским.
Первый день Пасхи принес утешительное известие: цесаревич хорошо спал. Однако на следующий день снова произошло ухудшение состояния больного: ночной приступ привел к тому, что вся правая сторона на несколько часов потеряла чувствительность.
8 апреля на совете врачей венский профессор Рехберг впервые произнес действительный диагноз: «Meningitis cerebro-spinalis». Позже при вскрытии диагноз подтвердился, но с уточнением «tuberculosis». На современном языке это означало, что у наследника был остеит позвонков с образованием нарыва. Костный некроз достиг мозговой оболочки и привел к смерти вследствие туберкулезного менингита.
Великий князь Александр Александрович прибыл в Ниццу с доктором Здекауэром и немедленно поехал к больному. Когда они вошли, цесаревича осматривал врач, но он увидел любимого брата в зеркале за ширмой и проговорил: «Саша, Саша! Что ты тут делаешь? Быстро подойди и поцелуй меня».
Следующие дни прошли более или менее спокойно. Цесаревич находился в полудремотном состоянии, но при малейшем шуме просыпался. Ум его был, однако, ясен, память тоже.
Император Александр II со своими младшими сыновьями мчался на другой конец Европы, чтобы успеть застать в живых умирающего сына. В Берлине на вокзале его встретил император Вильгельм, в Париже — император Наполеон, оба они выразили свое глубокое соболезнование. В Дижоне в поезд императора пересели спешившие в Ниццу к одру умирающего датская королева Луиза и невеста цесаревича Дагмар, а также наследный датский принц Фредерик в сопровождении генерала Оксхольма, графиня де Ревентлов и мадемуазель Д’Эскаль. Вместе с Александром II ехал врач Ф. Я. Карель и другие.
10 апреля в 2 часа дня царский поезд прибыл в Ниццу. Вот как описывал эту сцену историк С. С. Татищев: «Среди встречавших мгновенно воцарилась глубочайшая тишина. Во главе их стояли государевы дети: великие князья Александр, Сергей и Павел и великая княжна Мария. Императрицы не было. Она не имела силы оторваться от болезненного одра возлюбленного сына. Император стоял у окна вагона бледный, взволнованный. При выходе его на площадку ему подали записку от государыни. Вслед за ним вышла принцесса Дагмар, молодое грустное лицо которой — по свидетельству очевидцев — разрывало душу».
Императрица Мария Александровна не отходила от сына. Теперь она уже сама понимала весь трагизм положения. Цесаревича, несмотря на нестерпимые боли, которые он испытывал, по настоянию матери усадили в кресло для принятия Святых Тайн. Священник Прилежаев был поражен необыкновенным поведением умирающего: он был спокоен, мужествен и воспринимал судьбу как… данность. Священник все время повторял: «Этот молодой человек — святой».
10 апреля в 2 часа 30 минут приехал император Александр II, ему сказали, что положение безнадежное. Император и императрица вместе пришли в покои сына, но отец остался за ширмой. Когда мать подошла к сыну, тот вдруг сказал ей: «Бедная Ма, что с тобой будет без твоего Никсы?» Он уже хорошо осознавал ситуацию и свое состояние. Мать, еле сдерживая слезы, сказала сыну, что его ожидает большая радость. Цесаревич понял, что приехал отец. Император вышел из-за ширмы, подбежал к умирающему, опустился на колени и, еле сдерживая слезы, стал целовать несчастному руки.
Через некоторое время в комнату цесаревича вошла принцесса Дагмар. Наследник был в ясном уме и, узнавая всех окружавших его людей, обращаясь к императрице, он сказал: «Какая она прелестная, не правда ли?» Дагмар, несмотря на свой юный возраст, умела владеть собой. Сдерживая постоянно наворачивающиеся на глаза слезы, она молилась про себя, поправляла цесаревичу подушки, гладила и целовала его руки. В какой-то момент, когда оба очень близких и дорогих ему людей — брат Александр и невеста Дагмар — оказались рядом с ним, цесаревич долго и задумчиво держал в одной руке руку невесты, а в другой — брата. Казалось, он о чем-то спокойно мечтал, улыбаясь. Он нежно обнял Александра Александровича, посмотрел с кроткой улыбкой на других и сказал: «Прощайте». Потом, обращаясь к государю и указывая на своего любимого Сашу, произнес: «Славный человек, берегите его».