Пятьдесят четыре года спустя, перенеся много горя и несчастий на русской земле, на пути из России в Англию Мария Федоровна 12 апреля 1919 года сделала в своем дневнике следующую запись: «Смерть Никсы 54 года назад… Незабвенный Никса до последнего вздоха держал мою руку в своей руке…»
Прошла суббота, и наступило воскресенье, последний день жизни великого князя Николая Александровича. Последние часы и кончина цесаревича подробно изложены в «Записках» баронессы М. П. Фредерикс (фрейлина императрицы Марии Александровны. — Ю. К.), в воспоминаниях Ф. Оома, в дневниках воспитателя цесаревича генерал-лейтенанта Н. П. Литвинова и с их слов изложены С. С. Татищевым в его монографии «Детство и юность великого князя Александра Александровича».
Все члены царской семьи: император и императрица, братья Александр, Владимир, Алексей, Павел стояли вокруг постели, молились и плакали. Неожиданно для всех Мария Александровна резко поднялась, подошла к великому князю Александру Александровичу, обняла его и, рыдая, сказала: «Бедный Саша». Теперь она окончательно поняла, что великий князь Александр Александрович становится наследником престола. За Марией Александровной поднялся с колен Александр II и тоже благословил великого князя Александра Александровича.
Баронесса М. П. Фредерикс в своих воспоминаниях писала: «Минута была до того потрясающая, что священник и мы, все присутствующие, рыдали, не имея силы удержаться». Цесаревич еще раз поцеловал Дагмар и что-то ей тихо сказал. После того как причастие закончилось, все присутствующие вышли из комнаты. Остались только император и императрица, великий князь Александр Александрович и Дагмар. Цесаревич Николай Александрович ненадолго заснул, но вскоре начал бредить. Когда император Александр Николаевич вновь подошел к сыну, он пришел в себя, с нежностью протянул к отцу руки и как бы успокоился. Доктора стали настаивать, чтобы больного оставили одного в надежде, что он уснет. Все родные вышли в соседние комнаты, где бедная мать уже не могла сдерживать рыдания.
Приехавший из Вены доктор Опольцер, как и Карель, диагноз Здекауэра подтвердил, но помочь больному врачи были уже бессильны. 11 апреля в 11 часов вечера началась агония. Вся царская семья вошла к умирающему. Все опустились на колени и стали неистово молиться. Дыхание цесаревича стало затрудненным, но неожиданно он внятно и довольно громко произнес те же слова, что когда-то слышал от умирающего деда. Это были всего два слова: «Стоп машина». Эти слова были его последними словами. Теперь он лежал в забытьи. «Три раза, — пишет С. С. Татищев, — начинало духовенство чтение отходной, но дважды прерывало его, потому что в первый раз умирающий совершил над собою крестное знамение, а во второй раз в глазах его заметили слезы».
В понедельник 12 апреля в 10 минут первого часа ночи цесаревич тихо скончался. «Что произошло тогда с родителями, семейством и невестой, — писала в своих мемуарах баронесса Фредерикс, — невозможно ни описать, ни рассказать».
С помощью сыновей Александр II сам положил тело цесаревича в гроб, который стоял в опочивальне. Комната была заполнена цветами, которые так любил юный цесаревич. Позже, когда тело покойного будет предано земле в Петропавловском соборе в Санкт-Петербурге, рядом с надгробием будет расти в кадке большая пальма, привезенная из Ниццы, а рядом с ней будет стоять маленький букет фиалок, который каждый год посылал из Ниццы близкий друг императорской семьи поэт Петр Вяземский, посвятивший ушедшему цесаревичу стихи «Был вечер, у берега морского…».
12 апреля 1865 года Ницца погрузилась в глубокий траур. У виллы Вермонт в парке стоял траурный почетный караул — пятьдесят стрелков французской императорской армии, кавалерийский эскадрон из Марселя и русские матросы из Вильфранша. Все вокруг было в траурных лентах; сабли офицеров были покрыты черным крепом. На всех общественных зданиях были приспущены флаги. Корабли, стоявшие на рейде Ниццы и Вильфранша, также в знак траура приспустили флаги.
Вечером 16 апреля тело покойного цесаревича при свете факелов и свечей было торжественно перенесено на улицу Лоншан, где несколько лет назад императрица Александра Федоровна (супруга Николая I, бабушка покойного) построила маленькую Русскую церковь. Гроб из покоев Николая Александровича до колесницы несли сам государь, его сыновья, генерал-адъютант и члены царской свиты. Похоронная колесница был запряжена восемью вороными лошадьми. Конная жандармерия по обеим сторонам колесницы вместе с пешими егерями французской императорской гвардии сопровождала колесницу, а рядом шагали шеренги гвардейских казаков.