Важным приложением к образованию цесаревича Александра Александровича стало его путешествие по России в 1866 г. Александр II, отправляя сына в путешествие по России, стремился по собственному опыту лично познакомить наследника с особенностями страны в районе Поволжья. Недаром говорится: лучше раз увидеть, чем десять раз услышать. В конце лета, с 8 по 28 августа, наследник престола совершил 3-недельное путешествие по России. Вместе с ним в поездке приняли участие его брат Владимир, граф Перовский, секретарь Оом, доктор Гирш, князь В. Мещерский, а также преподаватели: законоведения Победоносцев и политической экономии Бабст, дававшие цесаревичу объяснения по своим предметам. Для ознакомления царственных питомцев с памятниками искусства был приглашён внук А. Н. Радищева, художник, академик А. П. Боголюбов. Кроме того Александра сопровождали адъютанты: князь Барятинский, Литвинов, Козлов и Иванцев.
Маршрут поездки включал посещение Твери, Рыбинска, Ярославля, Костромы, Нижнего Новгорода, Казани и Москвы. План этого путешествия был всецело составлен графом Перовским. Благодаря ему внимание цесаревича акцентировалось на наиболее важных экономических и культурных центрах Поволжья, природных и бытовых особенностях региона, архитектурных и исторических памятниках. Важно подчеркнуть, что эта поездка была первым путешествием нового наследника по России. Отношение народа к цесаревичу было уважительным и трогательным. Повсеместно огромные массы простого люда собирались для того, чтобы увидеть и поприветствовать царских сыновей. Во время первой остановки в Твери, куда царский поезд прибыл по Николаевской железной дороге утром 9 августа, путешественников тепло встретили губернатор князь П. Р. Багратион, командующий войсками Московского округа генерал А. И. Гильденштуббе и губернский предводитель дворянства князь Б. В. Мещерский. Сразу же по приезде цесаревич с князем Багратионом, племянником героя Отечественной войны, посетил собор, затем губернаторский дом. Во время представления дворянства и гражданских чинов великие князья познакомились с героем войны 1812 г. семидесятивосьмилетним поэтом и прозаиком Фёдором Николаевичем Глинкой и престарелым ветераном-декабристом Матвеем Ивановичем Муравьёвым-Апостолом, которому некогда смертную казнь заменили каторгой, а позже поселением в Сибири. По амнистии 1856 г. Муравьёв-Апостол Александром II был восстановлен в прежних правах.
После представления Александр проехал по городу, побывал в мужской и женской гимназиях, в городском приюте для девочек и мальчиков. Заехал в Успенский Отрочь монастырь, был в соборе и у настоятеля. Видел келью, в которой в заточении находился московский митрополит Филипп, задушенный по повелению Ивана Грозного Малютой Скуратовым. Вечером в городском саду цесаревич наблюдал фейерверк над Волгой, затем на полчаса зашёл в залу дворянского собрания. Там в числе других была представлена ему вдова адмирала Корнилова с дочерью. Из Твери утром 10 августа наследник престола отправился со своей свитой вниз по Волге в Рыбинск на пароходе «Наяда». До Калязина их сопровождал князь Багратион. Плывя вниз по Волге, участники путешествия останавливались в небольших городках и знакомились с их достопримечательностями. Первая остановка была сделана в небольшом местечке Корчёво, где посетили собор. Александру поднесли здесь хлеб-соль и образ. Также выходили на берег в селе Кимры. У села Медведь остановились, чтобы принять хлеб-соль, но на берег не выходили. К вечеру часов в 7 пришли в Калязин. Там пошли в Никольский собор, который позже, в 1940 г., при создании Угличского водохранилища оказался затопленным. Ныне об этом месте напоминает только многоярусная колокольня, возвышающаяся прямо из воды. В Калязине Александр распрощался с Багратионом и отправился дальше на пароходе. Верстах в трёх от города бросили якорь и расположились на ночлег. Как отметил цесаревич, ночь была великолепная и лунная. Рано утром 11 августа путешественники пришли в один из древнейших и красивейших городов России Углич, известный с 937 г. Здесь они ознакомились с его историческим центром — кремлём, Спасо-Преображенским собором, церковью Дмитрия на Крови и др. Александру напомнили, что в угличском кремле с 1584 г. в почётной ссылке находилась седьмая жена Ивана Грозного Мария Фёдоровна, из рода местных бояр Нагих. 15 мая 1591 г. в дворцовом саду при неясных обстоятельствах погиб их сын болезненный мальчик восьми лет царевич Дмитрий, последний отпрыск угасавшей династии Рюриковичей. Вскоре на крови поставили часовенку, затем деревянную церковь. А в 1692 г. заменили её существующей каменной церковью.