К 1700 году царь задумал отправить наследника учиться за границу — решение по тем временам невиданное не только для России, но и для Европы. Подготовка наследника престола обычно велась по индивидуальным планам, с учётом особенностей его личности и склонностей. К тому же пребывание наследника за границей не могло обеспечить его безопасность, что было чревато для государства в целом. Сама эта идея показывает, как мало внимания уделял Пётр проблеме образования сына. Об этом же говорит и выбор вельможи, которого государь назначил ответственным за воспитание и образование царевича. Этим человеком стал Александр Данилович Меншиков. Выбор более чем странный: во-первых, происходивший из низов бывший торговец с лотков пирогами не получил вовсе никакого образования и едва умел читать и писать; во-вторых, в то время ещё холостой, он имел весьма смутные представления о воспитании; и, в-третьих, будучи одним из наиболее близких соратников Петра, он почти постоянно либо сопровождал государя в его многочисленных разъездах и походах, либо выполнял его важные поручения, то есть попросту не имел времени следить должным образом за воспитанием и образованием наследника престола. Почему же выбор царя пал именно на Меншикова? Главным достоинством последнего в глазах царя была безусловная преданность. Вознесённый на вершину власти из низов исключительно милостью Петра, не имевший прочных связей в аристократической элите Русского государства, «полудержавный властелин» должен был не столько контролировать образование и воспитание наследника, сколько не допустить ничьего вмешательства в него. Его роль — надзиратель, а не воспитатель.
В 1702 году у царевича появился новый учитель — барон Гюйссен. Он был профессиональным педагогом, хотя и не блистал выдающими достоинствами, но своё дело знал хорошо. Начал он свою деятельность с составления программы обучения, которая предусматривала совершенствование русского и изучение французского языков, обучения географии и чтению карт, геометрии и математики, истории и современной политики. Наследник должен был также овладеть военными экзерцициями, получить представление о фортификации и артиллерии, а также об архитектуре и навигации, ежели проявит к тому склонность.
В целом программа Гюйссена выглядит логичной и достаточно насыщенной. В отличие от программы обучения царя Фёдора Алексеевича, составленной в духе схоластики с упором на латынь и гуманитарные науки, образование Алексея Петровича должно было иметь практический уклон — основное место уделяется естественным наукам, а изучение латыни не предполагалось вовсе. Главным же недостатком программы является не её содержание, а весьма короткий срок — всего два года, которые барон Гюйссен отводил на её реализацию.
Впрочем, может быть, педантичный немец и преуспел бы в своём деле, если бы не вмешательство царя. Не считаясь с «учебным планом» сына, Пётр вызывает его в действующую армию, для того чтобы тот на деле познал солдатскую науку. Пятнадцатилетним юношей царевич в чине рядового солдата участвует в штурме Ниеншанца (1703 год), и во второй осаде Нарвы (1704 год). Участие в военных действиях одновременно и государя, и наследника престола создавало большой риск для страны, поэтому в дальнейшем царь не привлекал Алексея к участию непосредственно в боевых действиях.
Участие в войне было не единственной причиной, помешавшей царевичу нормально завершить образование. Уже в 1705 году царь отправляет барона Гюссена за границу с дипломатическим поручением, а наследник оказывается предоставлен самому себе. Его «воспитатель» Меншиков занимается строительством Санкт-Петербурга, отец тоже часто находится в отъезде… Чтобы заполнить свободное время, Алексей увлекается токарным ремеслом, к которому был неравнодушен и его отец.
К 1707 году относится первое свидетельство о конфликте отца и сына. Поводом послужило то, что Алексей, несмотря на строгий запрет отца, посетил мать, о чём Петру донесла его сестра царевна Наталия Алексеевна, которой племянник имел неосторожность довериться. Царь жестоко выбранил сына за этот поступок, выразив своё крайнее неудовольствие. Уже это столкновение показывает, насколько по-разному его участники смотрели на одно и то же. Пётр полагал, что, нарушая запрет на посещение его бывшей супруги, царевич бросает ему вызов, пренебрегая царской волей. Алексей, в свою очередь, просто хотел посетить мать, которую очень любил.
Отметим и ещё одну особенность ситуации — царь выражает своё недовольство наследником на основании доноса.