8 ноября 1910 г. после проведения торжественного молебна великий князь Александр Михайлович официально открыл первую отечественную Военно-авиационную школу в которой начались регулярные учебные полеты и через год состоялся первый выпуск военных летчиков российской армии. В отчете Особого комитета за 1912 г. говорилось: «Следует признать наиболее плодотворным период 1910–1912 гг., особенно создание воздушного флота, являющегося историческим подвигом. Без преувеличения можно сказать, что Его Имп. Высочество Великий князь Александр Михайлович со своими ближайшими сотрудниками по организации воздушного флота положил в России твердое начало русской военной авиации и что благодаря его деятельности Россия по праву заняла второе место в Европе в деле воздухоплавания».
В марте 1913 г. Александр Михайлович представляет на утверждение русскому правительству «Общий план организации воздухоплавания и авиации», а Николай II по представлению великого князя принимает официальное постановление о передаче русской авиации в ведение Военного министерства.
С самого начала Первой мировой войны и до 1917 г. великий князь Александр Михайлович был первым главнокомандующим русской военной авиации. Около двухсот военных летчиков, подготовленных для боевых полетов, и самолетный парк, насчитывающий двести тринадцать готовых к бою аэропланов, стали тогда ядром русской истребительной авиации. В 1916 г. с участием главкома русской военной авиации, великого князя Александра Михайловича, был подготовлен и утвержден первый боевой устав военной авиации, названный первоначально «Наставление по применению авиации в войне».
В начале Первой мировой войны 1914 г. великий князь Александр Михайлович, назначенный заместителем командующего армии, выехал в Люблин. В 1916 г. он в должности командующего военной авиацией Южного фронта направляется со своим штабом в Киев, где узнает о Февральской революции и отречении Николая II от престола. В те трагические дни великий князь сопровождал вдовствующую императрицу Марию Федоровну в Могилев на последнюю встречу с сыном и присутствовал на прощальной церемонии бывшего российского императора со Ставкой.
По приказу Временного правительства вдовствующая императрица Мария Федоровна, великая княгиня Ольга Александровна со своим супругом полковником Куликовским и великий князь Александр Михайлович были высланы из Киева и направлены в Крым, в поместье великого князя Ай-Тодор.
Семья же Александра Михайловича в бурные дни Февральской революции все время находилась в своем дворце на Мойке. И только 25 марта 1917 г. по инициативе Ксении Александровны, она с сыновьями, в сопровождении фрейлины Софьи Евреиновой, лейтенанта Шателена, адъютанта великого князя Орбелиани и генерала Фогеля, бросив дворец на Мойке, прорвалась из Петрограда в Крым, где в Ай-Тодоре встретилась с родными.
Обосновавшись в своем поместье, беженцы еще не представляли себе степени последствий произошедшей революционной катастрофы и поэтому решили наладить жизнь в Крыму, занимаясь собственным хозяйством. Они даже открыли в своем имении отель, в котором обязанности директора взял на себя великий князь Александр Михайлович, Ксения Александровна превратилась в горничную, старший сын Андрей Александрович стал шофером, младшие сыновья – лифтерами, фрейлину Евреинову назначили кастеляншей отеля, а генерал Фогель занял место бухгалтера. Планы директора отеля простирались в дальнейшем еще более широко, ибо он собирался заняться виноградарством и виноделием. Однако «выгодный» бизнес потерпел полный и весьма быстрый крах. В начале 1919 г. стало всем предельно ясно, что Крым вскоре будет взят красными войсками, подошедшими уже к передовым позициям своих противников. Об этом прекрасно знал и «директор» отеля в поместье «Ай-Тодор» великий князь Александр Михайлович. 11 декабря 1918 г. он оправился из Крыма на английском военном корабле «Форсайт» для встречи с главами правительств Франции и Англии, на переговорах с ними он собирался, ни много ни мало, добиться прекращения Гражданской войны в России. Переговоры состоялись, но, конечно, оказались безрезультатными.
В феврале 1919 г. в Крым вошли передовые части Красной армии. Тогда на борту английского броненосца «Мальборо» Россию успела покинуть большая группа членов российской императорской семьи во главе со вдовствующей императрицей Марией Федоровной и ее приближенными. В эмиграцию вместе с матерью отправилась ее старшая дочь великая княгиня Ксения Александровна с сыновьями и дочерью Ириной.