Император Николай II сам знакомил сына с русской военной историей, устройством армии и особенностями её быта. Для обучения цесаревича он организовал отряд из сыновей нижних чинов под руководством «дядьки» Деревенько. Отец сумел привить наследнику не только любовь к военному делу, но и почитание и уважение к русским воинам, которое передал ему от всех державных предков, всегда учивших любить простого солдата.
С самого раннего детства Алексей вместе с отцом часто присутствовал при приёме депутаций и на смотрах войск.
Юный атаман Алексей Романов.
Командир казачьей сотни П. Н. Краснов в своих воспоминаниях описывал случай, который произошёл в январе 1907 года. Николай II решил показать своего наследника казакам лейб-гвардии Атаманского полка.
Казаки очень любили своего юного атамана и будущего императора, были глубоко преданы ему. Когда Император с цесаревичем проходил мимо казаков, то Краснов с досадой отметил, что у казаков из его сотни закачались шашки. Краснов пошёл вслед за государем, и увидел, как наклонился и штандарт, а по лицу сурового вахмистра потекли слёзы. «И по мере того, как Государь шёл с наследником вдоль фронта, плакали казаки, и качались шашки в грубых мозолистых руках. Остановить это качание я не мог и не хотел», — вспоминал Краснов.
Алексей тоже любил своих воинов и осознавал свои обязанности перед ними, даже будучи ещё совсем малым ребёнком. По воспоминаниям Юлии Ден, фрейлины и подруги Государыни, однажды он увлечённо играл со своими сёстрами. И тут сообщили, что пришли казаки и просят разрешения видеть цесаревича. Шестилетний ребёнок тут же прекратил все игры и с важным видом заявил: «Девицы, уйдите, у наследника будет приём».
В 1914 г. началась Первая мировая война. В августе 1915 г. Николай II принял на себя обязанности Верховного главнокомандующего и переехал из Царского Села в Ставку — город Могилёв. Через некоторое время в Ставку к отцу переехал и цесаревич Алексей. Учителя и воспитатели отправились вслед за ним. Алексею тогда исполнилось 12 лет, и его учебную программу адаптировали к 4–5 классу классической гимназии. Занятия продолжались шесть дней в неделю, по 4 урока в день. Особый упор делался на изучении языков. Государь-отец считал, что пребывание в Ставке Верховного главнокомандующего давало больше жизненного опыта наследнику Российского Престола, чем все вместе взятые кабинетные уроки. Ефрейтор Алексей Романов с гордостью носил обычную солдатскую форму, высокие русские сапоги. Его любимой пищей стали «щи и каша и чёрный хлеб, которые едят все мои солдаты», как он всегда говорил. Ему каждый день приносили пробу щей и каши из солдатской кухни Сводного полка. По воспоминаниям окружающих, цесаревич съедал всё и ещё облизывал ложку, сияя от удовольствия и говоря: «Вот это вкусно — не то, что наш обед».
Цесаревич Алексей с отцом на фронте.
Почти весь 1916 г. цесаревич Алексей провёл вместе с отцом, сопровождал его во всех поездках в действующую армию, награждал отличившихся в боях бойцов. П. Жильяр вспоминает: «После смотра Государь подошёл к солдатам и вступил в простой разговор с некоторыми из них, расспрашивая их о жестоких боях, в которых они участвовали. Алексей Николаевич шаг за шагом следовал за отцом, слушая со страстным интересом рассказы этих людей, которые столько раз видели близость смерти. Его обычно выразительное и подвижное лицо было полно напряжения от усилия, которое он делал, чтобы не пропустить ни одного слова из того, что они рассказывали». Во время войны Цесаревич Алексей был награждён серебряной Георгиевской медалью 4-й степени. По мнению А. А. Мордвинова, флигель-адъютанта Николая II, наследник «обещал быть не только хорошим, но и выдающимся монархом».
В начале марта 1917 года Император Николай II вынужден был отречься от престола не только за себя, но и за сына: «не желая расставаться съ любимым сыном Нашимъ…» П. Жильяр описал, как он сообщил эту новость Царевичу Алексею: «Я объяснил ему тогда, что Государь отрёкся от престола в пользу Великого Князя Михаила Александровича, который, в свою очередь, уклонился.
— Но тогда кто же будет Императором?
— Я не знаю, пока никто!..
Ни слова о себе, ни намёка на свои права наследника. Он сильно покраснел и был взволнован. После нескольких минут молчания он сказал: