Конечно, подростковую влюбленность трудно назвать настоящей любовью, и все же память об этом искреннем нежном чувстве осталась у обоих навсегда. После отъезда семьи великого герцога домой цесаревич и принцесса не виделись почти пять лет. Переписываться им не позволял этикет того времени.
В 1889 году во время поездки в Дармштадт Элла и ее супруг великий князь Сергей Александрович пригласили великого герцога Людвига посетить с детьми Россию. Принцесса Аликс стала готовиться к визиту основательно, начала учить русский язык. 18 января 1889 года император Александр III с семьей на Варшавском вокзале Петербурга встречал великого герцога Людвига IV и его семью. Цесаревич (которому было 20 лет) почти пять лет не видел принцессу Аликс (ей теперь было 16). В тот день в дневнике он записал, что она очень выросла и похорошела.
Во второй приезд принцессы Аликс в Россию они с цесаревичем встречались постоянно, и не только на официальных мероприятиях, но и на прогулках, на катке, играли в бадминтон, танцевали вместе на балах. На этот раз их общение продлилось шесть недель. За это время они полюбили друг друга по-настоящему. Уезжая домой, принцесса написала короткое благодарственное письмо цесаревичу, подписав его: «Всегда любящая тебя Аликс». В ответ Николай Александрович написал ей, что ее сестра Элла подарила ему фотографию, где обе сестры в бальных платьях, и он не расстается с этим фото ни на минуту. Написал, что все время о ней думает. Подписал: «С любовью, Ники».
Влюбленные расстались с печалью, у них не было возможности встретиться и даже переписываться, это им не позволяло положение. Однако вскоре Николай Александрович, не выдержав, письмом поздравил принцессу с ее днем рождения. Это было нарушением всех правил, но обоюдные чувства были слишком сильны. Наконец цесаревич в один из июньских дней 1889 года рассказал «тете Элле» о своих чувствах к ее младшей сестре, прямо заявив, что мечтает на ней жениться. Елизавета Федоровна об этом разговоре с цесаревичем рассказала только своему мужу великому князю Сергею Александровичу, и они вдвоем начали помогать влюбленной паре, строго сохраняя их секрет и став посредниками в их отношениях.
В это время о любви русского цесаревича и гессенской принцессы еще никто не догадывался. Газеты в Европе и России уверяли, что будущий русский царь собирается жениться на прусской принцессе Маргарите, другой внучке королевы Виктории и сестре кайзера Вильгельма II. Эти слухи никакой реальной почвы под собой не имели, но везде упорно обсуждались.
Неожиданно о возможных отношениях своей внучки Аликс и русского цесаревича узнала английская королева Виктория. Она была категорически против этого брака и предложила ей другого кандидата в женихи – принца Макса Баденского, но и этот вариант замужества Аликс отвергла. Королева была недовольна поведением внучки, но признала, что у той сильный характер и заставить ее выйти замуж без любви (по политическим предпочтениям) не получится.
В конце 1891 года Николай Александрович записал в дневнике, что он мечтает когда-нибудь жениться на Аликс Гессенской, потому что глубоко и сильно ее любит. Возможную женитьбу на любимой он называл своей заветной мечтой. Наконец осенью 1893 года цесаревич, не обращая внимания на условности, послал принцессе письмо, в котором написал о своей любви и попросил прямого ответа: станет ли она его женой? В ответном письме Аликс написала, что не готова поменять веру, в которой воспитана, поскольку считает это грехом. Но и цесаревича она любила. И страдала, потому что никак не могла принять окончательное решение.
Николай Александрович решился встретиться с любимой лично, чтобы выяснить до конца их отношения. Но он как наследник престола не мог самовольно отправиться в путешествие в Европу и обратился за разрешением к матери. Ему пришлось рассказать ей всю историю их отношений с принцессой. Императрица была оскорблена тем, что он скрывал от нее правду, и возмущена, что влюбленным помогали великокняжеская чета Елизаветы Федоровны и Сергея Александровича. Императрица была в гневе, строго запретила родственникам впредь даже касаться темы женитьбы наследника. Однако цесаревич не сдался и упросил родителей разрешить ему лично встретиться с принцессой. Император с императрицей надеялись, что если Аликс сама скажет их сыну, что отказывается менять веру, то он отступится, поняв, что этот брак невозможен.
Весной 1894 года в Кобурге состоялась свадьба великого герцога Эрнеста Людвига Гессенского и Прирейнского (брата Аликс) и принцессы Виктории Мелиты Саксен-Кобург-Готской, одной из внучек английской королевы Виктории. 4 апреля цесаревич Николай Александрович прибыл в Кобург. Объяснение между влюбленными состоялось, и, глядя в глаза любимому, принцесса забыла обо всех преградах между ними и согласилась стать его женой. Николай Александрович вспоминал, что от напряжения, от радости они в этот момент оба заплакали. Они были счастливы. 8 апреля 1894 года было официально объявлено о их помолвке. В письме родителям цесаревич писал, что не может описать, как он счастлив, что весь мир для него перевернулся и стал отрадным.