Расставание было тяжелым, заплаканные великие княжны Ольга Николаевна и Татьяна Николаевна не отходили от матери до последней минуты. Сидели рядом с Александрой Федоровной на диване в гостиной, прижавшись к ней с двух сторон. 26 (13) апреля, после прощания с детьми и свитой, царская чета и княжна Мария Николаевна были увезены из Тобольска. Жильяр вспоминал, что слышал, как безутешно рыдали все три оставшиеся цесаревны, не скрывая свое горе, после расставания с родителями и сестрой. Только после Пасхи 5 мая (22 апреля) оставшиеся в Тобольске дети что-то узнали о судьбе родителей и сестры. В пасхальные дни они наконец получили первое письмо из Екатеринбурга и были счастливы, что родные живы и здоровы.
Татьяна Николаевна после отъезда родителей как-то неожиданно для себя стала восприниматься родными, приближенными и слугами как старшая, потому что в отличие от эмоциональной Ольги Николаевны она была по-прежнему организована, собрана, помнила обо всех делах и быстро принимала необходимые решения. Полковник Е.С. Кобылинский вспоминал: «Когда Государь с Государыней уехали из Тобольска, никто как-то не замечал старшинства Ольги Николаевны. Что нужно, всегда шли к Татьяне: “Как Татьяна Николаевна”. Эта была девушка вполне сложившегося характера, прямой, честной и чистой натуры, в ней отмечались исключительная склонность к установлению порядка в жизни и сильно развитое сознание долга… Она была умная, развитая, любила хозяйничать…»
Уезжая, Государыня именно Татьяне Николаевне поручила особое задание. Александра Федоровна распорядилась, чтобы оставшиеся драгоценности, на случай неожиданного побега, были зашиты в одежду. Цесаревна неукоснительно следовала этому распоряжению матери, хотя некоторые приближенные ее начали уговаривать спрятать драгоценности в монастыре, а не мастерить из них пуговицы и не прятать их в корсетах и лифах. Татьяна Николаевна отказалась отдать драгоценности в обитель и вместе с сестрами и фрейлинами продолжила зашивать драгоценные камни и жемчужины в одежду.
Как и все оставшиеся в Тобольске дети, цесаревна очень скучала по родителям и сестре. Когда после Пасхи появилась возможность писать им, Татьяна Николаевна сразу стала отправлять письма в Екатеринбург. Она с болью рассказывала родным, как было трудно ничего не знать о их судьбе: «Не получать новостей все это время поистине ужасно. Из окна нам видно, что Иртыш здесь спокойный. Завтра ожидается первый пароход от Тюмени… В саду скука смертная. Как только мы выходим, сразу начинаем смотреть на часы, когда можно будет вернуться в дом… Душа у нас болит за вас, мои дорогие, на Бога наше единственное упование, а утешение в молитвах». Несмотря на стойкость и крепость духа, сердце Татьяны Николаевны разрывалось от волнений и переживаний, цесаревна с печалью писала отцу в Екатеринбург: «Я так боюсь потерять мужество. Я много молюсь за вас… Да хранит вас Господь, спасет вас и защитит вас от всякого зла. Ваша дочь Татьяна, которая страстно любит вас во веки веков».
Пьер Жильяр вспоминал, что как только цесаревич стал чувствовать себя лучше, дети сразу начали собираться в дорогу, чтобы ехать к родителям. Приближенные уговаривали цесаревича и цесаревен повременить с отъездом, понимая опасность, которая грозит Царской семье в Екатеринбурге, но те были неумолимы. Единственным их желанием было воссоединиться с родителями и сестрой.
Наконец 20 (7) мая все остававшиеся арестованные – цесаревич с тремя сестрами, приближенные, учителя, слуги – в сопровождении охраны покинули Тобольск. И уже рано утром 23 (10) мая их поезд прибыл в Екатеринбург. Встречавшие арестованных комиссары и красноармейцы сразу отделили царских детей и нескольких слуг от остальных прибывших, запретив последним покидать поезд. Татьяна Николаевна, выходя из вагона, пыталась успокоить фрейлин, старалась улыбаться и весело сказала: «Что проку от всех этих прощаний? Мы непременно увидимся и будем наслаждаться обществом друг друга уже через полчаса!» Баронесса С.К. Буксгевден в ответ ласково поцеловала цесаревну. В этот момент к ним подошел один из охранников и, понизав голос, строго сказал: «Лучше попрощайся, гражданочка». И такое страшное было у этого человека лицо, что ему невозможно было не поверить. Баронесса вспоминала, что у нее все сжалось внутри от осознания, «что это было настоящим прощанием».