Следующей титул великой княгини, спустя почти три десятка лет, был дан принцессе Ангальт-Цербстской Софье Фредерике Августе, известной после бракосочетания с наследником российского престола великим князем Петром Федоровичем под именем Екатерины Алексеевны. После восшествия на престол супруга, ставшего императором Петром III, она становится императрицей, а спустя всего несколько месяцев, свергнув мужа, становится императрицей самодержавной. Титул великой княгини Екатерина Алексеевна носила со дня своего венчания в 1745 году. Впоследствии, если великий князь занимал императорский трон, то и его супруга становилась императрицей.
Титул великих княгинь носили супруги великого князя Павла Петровича (с 1796 года — императора Павла I). Венчание с принцессой Гессен-Дармштадтской Вильгельминой Луизой, а в православии Натальей Алексеевной (1755–1776) состоялось 29 сентября 1773 года, однако в апреле 1776 года первая супруга великого князя скончалась при родах. Вскоре после этого великий князь отправился в Германию, где при дворе короля Пруссии Фридриха II обручился, а 26 сентября вступил в брак с принцессой Вюртембергской Софьей Доротеей Августой Луизой, нареченной в православии Марией Федоровной (1759–1828). В русской политике не имела никакого веса и была отстранена Екатериной II даже от воспитания своих сыновей Александра и Константина. Родила четырех сыновей и шесть дочерей.
В свою очередь все четверо сыновей Павла I были женаты на принцессах из германских государств — Александр (будущий император Александр I) — на Елизавете Алексеевне (1779–1826), принцессе Баден-Баденской Марии Августе Луизе, повенчаны 28 сентября 1793 года, когда невесте было всего 14 лет; имела двух дочерей, умерших в младенчестве; цесаревич и великий князь Константин (первым браком) — на Анне Федоровне (1781–1860), герцогине Юлии Генриетте Ульрике Саксен-Кобургской, с которой развелся в 1820 году, женившись на польской графине Грудзинской; великий князь Николай (будущий император Николай I) — на Александре Федоровне (1798–1860), принцессе Фредерике Луизе Шарлотте Вильгельмине Прусской, дочери короля Пруссии Фридриха Вильгельма III; младший Михаил был женат на принцессе Вюртембергской Шарлотте Фредерике Марии, в православии Елене Павловне (1806–1873).
Поскольку в мужском потомстве династия Романовых продолжалась только от императора Николая I, то все последующие великие князья приходились ему сыновьями и внуками, а их супруги невестками, причем все старшие внуки Николая I по традиции также носили это имя.
Сыновья Николая I вступали в браки с немецкими принцессами. Они были женаты:
великий князь Александр (будущий император Александр II) — на Марии Федоровне (1824–1880), принцессе Максимилиане Вильгельмине Августе Софье Марии, дочери великого герцога Гессенского Людвига II;
великий князь Константин — на Александре Иосифовне (1830–1911), принцессе Фредерике Паулине Генриетте Марианне Елизавете Саксен-Альтенбургской; свадьба состоялась в 1848 году;
великий князь Николай — на Александре Петровне (1838–1900), принцессе Фредерике Вильгельмине Ольденбургской;
великий князь Михаил с 1857 года женат на принцессе Цицилии Августе Баденской, принявшей имя Ольги Федоровны (1839–1891).
С сыновей Николая I императорская фамилия разделяется на четыре ветви: линию потомков Александра II, великих князей Константина, Николая и Михаила.
Из потомков Александра II породнились с иностранными принцессами: цесаревич Александр (будущий император Александр III) вступил в брак 28 октября 1866 года с дочерью датского короля Кристиана IX, принцессой Марией Софией Фредерикой Дагмарой, принявшей в православии имя Марии Федоровны (1847–1928). До смерти старшего брата Александра, цесаревича Николая, считалась его невестой, но после его кончины в 1865 году вышла замуж за второго брата. После отречения сыновей Николая II и Михаила от власти уехала в Крым, а затем эмигрировала, сначала в Англию, а затем в Данию (на свою родину), где и умерла, пережив всех своих сыновей и внука. Александр нарушил многолетнюю традицию дома Романовых: брать себе в жены невест из германских государств. Великий князь Владимир был женат на Марии Павловне (1854–1920), герцогине Макленбург-Шверинской Марии Генриетте, родившей великому князю четырех сыновей и дочь. Сергей Александрович вступил в брак с Елизаветой Федоровной (1864–1919), принцессой Гессен-Дармштадтской, родной сестрой императрицы Александры Федоровны, жены Николая II. Отличалась религиозностью и вела огромную благотворительную работу, особенно после гибели в 1905 году супруга. В апреле 1918 года Елизавета Федоровна была арестована и погибла вместе с некоторыми великими князьями в шахте возле Алапаевска. Младший из сыновей Александра II, Павел Александрович, был женат на принцессе Греческой, приходившейся ему двоюродной племянницей, Александре Георгиевне (1870–1891), от которой имел сына Дмитрия и дочь Марию.