Цесаревич решил сделать предложение датской принцессе и для получения согласия родителей тут же отправился в Дармштадт, на родину своей матери, где она находилась со своим мужем императором Александром II. Родители, желавшие этого союза, тотчас дали свое согласие.
Как Дания, так и Россия были заинтересованы в этом брачном союзе. Дания, потерявшая в ходе датско-прусской войны 1864 года герцогства Шлезвиг, Гольштейн и Лауэнбург, надеялась установлением дружественных отношений с великой державой умерить аппетиты Пруссии. Россия же на протяжении многих лет была заинтересована в беспрепятственном выходе в Балтийское море, а также в том, чтобы проливы Эресунд и Большой и Малый Бельт находились под контролем Дании. Поэтому подобный династический брак приветствовался в обеих странах.
В Дармштадте цесаревич провел с родителями несколько дней. Он не мог представить, что последний раз в жизни находится с родными ему людьми, в привычной для него дворцовой среде. Мысли о здоровье, мучившие его, исчезли, он был влюблен и чувствовал себя бодрым и здоровым. Однако чрезвычайная бледность свидетельствовала об обратном.
В эти дни состоялся разговор с молодым князем В. П. Мещерским, который приехал из Англии, чтобы поздравить цесаревича с помолвкой. «Могу сказать, что я предчувствую счастье, — сказал цесаревич. — Теперь я у берега; Бог даст, отдохну и укреплюсь зимою в Италии; затем свадьба, а потом новая жизнь, семейный очаг, служба и работа… Пора… Жизнь бродяги надоела… В Схевенингене всё черные мысли лезли в голову. В Дании они ушли и сменились розовыми. Не ошибусь, если скажу, что моя невеста их мне дала. С тех пор я живу мечтами будущего… Мне рисуется наша доля и наша общая жизнь труда и совершенствования… В Схевенингене мы пережили дурные дни. Даст Бог, начнем переживать лучшие». Мещерский в ответ признался, что, по его мнению, везде за границей лучше, чем в России, в смысле порядков и людей. На это цесаревич ответил, что у России вся будущность впереди. «Здесь, в Европе, — лето, а в России — весна с ее неурядицами, но и с ее надеждами, с ее первыми отпрысками пробуждающейся жизни». Мещерский указал на то обстоятельство, что в России нет государственных людей. «Это правда, — ответил цесаревич, — но до известной степени. Мне кажется, что люди есть, а только их не ищут. Сколько людей, людей и дельных и интересных, нам пришлось видеть в прошлом году во время нашего путешествия по России. Я, например, думаю, что если земские учреждения пойдут у нас с толком, то получится отличная школа выработки людей.
Вот дайте мне только жениться, — продолжал цесаревич. — Как бы то ни было, а до сих пор и я жил за китайской стеной. Мы выезжали в свет в эту зиму с Сашею, а много ли толку было? Все сплетни да сплетни… А когда я женюсь и у меня будет свой дом, китайская стена провалится и мы будем искать и принимать людей… Некоторые говорят, что людей создает конституционный образ правления. Я об этом не раз думал и ни с кем не разговаривал. По-моему, вряд ли это верно… Посмотрите век Екатерины… Ведь это был век богатейшими людьми, не только у нас, но сравнительно во всей Европе. Возьмите эпоху Николая I. Сколько людей замечательных он вокруг себя создал… Во всяком случае, это доказывает, что образ правления тут ни при чем. Это мое твердое убеждение. И я надеюсь, что никто меня в этом отношении не разубедит. Мне представляется, что неограниченный монарх может гораздо более сделать для блага своего народа, чем ограниченный, потому что в каждой палате гораздо более интересов личных и партийных, чем может их быть в самодержавном государстве».
В Дармштадте цесаревич в один из дней вновь почувствовал резкую боль в спине. После несчастного случая 1860 года это был уже третий приступ, но на этот раз боль была значительно сильнее, чем прежде. Но и теперь ни сам цесаревич, ни его родители, ни врачи, окружавшие его, не придали этому факту должного значения. Уже на следующий день он с семи утра до шести часов вечера верхом сопровождал своего отца в Потсдам на военные маневры.
15 сентября 1864 года великий князь Николай Александрович возвратился в Копенгаген. Теплым днем 16 сентября в парке дворца Фреденсборг между цесаревичем и Дагмар состоялось объяснение. Датская принцесса, находившаяся во власти необыкновенного обаяния русского князя, согласилась стать его женой.
Старинная королевская резиденция Фреденсборг, хранившая многие тайны датских королевских семей, стала и для Дагмар тем благословенным местом, где Господу было угодно благословить союз этой молодой прекрасной пары. Дагмар не знала тогда, что через два года здесь же, во Фреденсборге, но уже при иных обстоятельствах, она получит другое, второе в своей жизни предложение руки и сердца, но уже от младшего брата Никсы великого князя Александра Александровича.