Из общеобразовательных предметов больше всего цесаревичу нравились история и литература. Он феноменально много читал, очень любил художественную литературу, отдавая предпочтение русским авторам, хорошо знал и европейских. Французских, немецких и английских писателей он читал в подлинниках – этими языками он владел свободно, как родным. Любимыми русскими писателями у него были А.С. Пушкин, М.Ю. Лермонтов, Ф.М. Достоевский, Л.Н. Толстой, Н.В. Гоголь, А.П. Чехов.
С 14 лет Николай Александрович начал вести дневник. Делал он это аккуратно, ежедневно записывая все события, которые с ним происходили. Дневник он вел до последних дней своей жизни.
Особое внимание при воспитании наследника престола уделялось военному образованию. Как и его предки, Николай Александрович всегда с особым чувством относился к военной службе и армии, которую считал главной защитницей Отечества.
После гибели Александра II и восшествия на престол Александра III Николай Александрович был официально объявлен наследником цесаревичем и назначен также атаманом всех казачьих войск.
В 16 лет, 6 мая 1884 года, в день своего совершеннолетия цесаревич принес присягу в Большой церкви Зимнего дворца и поступил на действительную военную службу. Теперь Николай Александрович мог издавать собственные государственные акты. Первым таким распоряжением стало перечисление 15 тысяч рублей на нужды самых бедных жителей Москвы, деньги были выделены из собственных средств цесаревича, из его будущего наследства.
Параллельно с изучением военной теории, чтобы цесаревич познакомился и с реальной военной службой, в течение нескольких лет он принимал участие в летних военных сборах. Так Николай Александрович провел два лагерных сбора в рядах лейб-гвардии Преображенского полка, где сначала служил обычным субалтерн-офицером, а затем ротным командиром. Следующие два лета он посвятил кавалерийской службе в рядах лейб-гвардии Гусарского полка сначала в качестве взводного офицера, потом эскадронного командира. И наконец, последний лагерный сбор цесаревич провел в артиллерии, после чего император Александр III 6 августа 1892 года присвоил сыну чин полковника гвардии, которым тот очень гордился. До восшествия на престол Николай Александрович продолжал состоять на действительной военной службе в чине полковника и командовал 1-м батальоном лейб-гвардии Преображенского полка.
В период летних лагерных сборов (в 1889 году) цесаревич писал в своем дневнике: «Я проделал уже два лагеря в Преображенском полку, страшно сроднился и полюбил службу; в особенности наших молодцов-солдат! Я уверен, что эта летняя служба принесла мне огромную пользу, и с тех пор заметил в себе большие перемены».
Цесаревич любил армию, многие считали, что он прирожденный военный. Офицером он был строгим, требовательным к себе и другим, отлично знавшим военную науку и армейские уставы. В полку его уважали за серьезность, добросовестность и справедливость. К наследнику престола хорошо относились сослуживцы. Со многими офицерами он был дружен, участвовал в полковых пирушках. Случалось, что после веселых застолий цесаревич на следующий день опаздывал на занятия с преподавателями. Но это были редкие «грехи молодости», возможность немного отдохнуть и развлечься при строгой полной серьезной ответственности жизни будущего царя.
Кроме практики в военном деле, Николая Александровича отец-император готовил к практическому управлению государством. С 1889 года цесаревич стал участвовать в заседаниях Государственного совета и Комитета министров. Александр III также хотел, чтобы его сын познакомился лично с различными регионами России, поэтому наследник сопровождал отца в его многочисленных поездках по стране.
Однако как бы ни был занят учебой и государственными делами юный цесаревич, он успевал отдавать должное своему увлечению искусством. Особенно он любил театр, за зимний сезон успевал посетить десятки спектаклей и все основные премьеры. Предпочтение наследник отдавал опере и балету. В 1890 году Николай Александрович на выпускном вечере балетной школы Императорского театрального училища познакомился с Матильдой Кшесинской, на тот момент выпускницей училища, позже ставшей балериной Мариинского театра. Их роман продлился около четырех лет. Однако он был не первым и не единственным у юного, пылкого цесаревича. До увлечения Кшесинской цесаревич был влюблен в княжну Ольгу Александровну Долгорукову, некоторое время у наследника была симпатия к английской принцессе Виктории, дочери Альберта принца Уэльского. В это время, рассуждая о своих влюбленностях, о том, что он способен увлекаться то одной женщиной, то другой, Николай Александрович весной 1892 года писал в своем дневнике: «Право, можно было бы заключить из этого, что я очень влюбчив? До известной степени да; но я должен прибавить, что внутри я строгий судья и до крайности разборчив!»