В 19 часов 30 минут началась агония, во время которой невеста и брат ни на минуту не отходили от изголовья умирающего.

Три раза в его комнату приглашали духовенство для чтения отходной. Наконец во время третьего чтения с 11 на 12 апреля в 0 часов 50 минут местного времени Николай скончался. В минуту кончины августейшие отец и мать держали одну руку умирающего, принцесса-невеста и любимый брат, великий князь Александр Александрович — другую.

Лейб-медик профессор Н. Ф. Здекауер позже говорил, что бред цесаревича был характерным. Он выступал перед какими-то депутатами, в другой раз как будто брал Кексгольм приступом. Вообще смерть показала, сколько обещала его жизнь. Замечательно слово, сказанное им насчёт нынешнего цесаревича: «В нас всех есть что-то лисье, Александр один вполне правилен душой». Как признавалась императрица, последними словами цесаревича были: «Стоп машина!»

Тело царственного первенца было вскрыто и бальзамировано. Вскрытие установило не только туберкулёзный менингит, но и внутренний нарыв в спинной кости, который был основным источником болезни. Выяснилось, что итальянский доктор один был прав в своём диагнозе.

Пошли толки и догадки: откуда мог произойти этот нарыв? Тогда вспомнили, что года два тому назад наследник в присутствии всей августейшей семьи принимал участие в скачке наперегонки с принцем Ольденбургским на ипподроме в Царском Селе. Цесаревич велел положить себе новое, щёгольское, но непривычное для него английское седло и на всём скаку слетел с лошади. Он тут же вскочил на ноги; казалось, падение не оставило о себе следа. Но прирождённая ему золотуха, по всей видимости, устремилась в ушибленное место, медленно и незаметно подтачивая организм. С той поры он изредка стал жаловаться на боль в пояснице. Ложное лечение, в особенности паровые души, ускорило болезнь и уменьшило страдания.

Рано утром 12 апреля 1865 г., в пятницу, известие о смерти наследника престола по телеграфу дошло до С. — Петербурга от министра императорского двора генерал-адъютанта графа Адлерберга 2-го. Тогда же утром о печальном событии было объявлено в приложениях к газетам и сообщено в губернии по телеграфу. Это был второй случай в России, начиная с Петра Великого, когда русские теряли своего наследника престола.

В тот же день в Ницце был обнародован высочайший манифест о кончине наследника и назначении другого. Несмотря на то, что ранее было известно о тяжёлой болезни Николая Александровича, весть о его кончине потрясла все слои русского общества. И как обычно, среди народа распространялись всевозможные фантастические слухи и толки, в которых было много нелепого. В Москве стоустая молва говорила, будто цесаревича отравили великий князь Константин Николаевич или его супруга «Константиниха». В Петербурге профессору А. В. Никитенко один генерал с весьма важным видом выразил своё мнение, что в болезни, а следовательно, и в смерти наследника сильно повинен Наполеон. «Каким же это образом?» — спросил Никитенко. Говоривший не сумел этого объяснить, но всё же остался при своём мнении.

Рассказывали, например, что лейб-медик Н. Ф. Здекауер требовал тёплых ванн, а цесаревича отправили купаться на побережье Северного моря на курорт Схевенинген, что один флорентийский врач указывал на спинной мозг, как на гнездо болезни и требовал скарификации, но его не послушали, что французский хирург Нелатон поставил фонтанели, а врач наследника Шестов их закрыл, что от государя скрывали правду и что он случайно узнал от фельдъегеря о готовящейся катастрофе и т. д. и т. п.

В образованном обществе преобладала своя точка зрения. Никитенко, например, считал, что жизнь этого благородного, много обещавшего для России юноши, возможно, была бы и сохранена, если бы пестуны его Гогель, Зиновьев и граф Строганов побольше заботились о его физическом воспитании и не были бы так «непростительно беззаботны в этом отношении». Ему вторил и поэт Тютчев, живший в Ницце с осени 1864-го до весны 1865 г. По его словам «наследника уморили нелепым образом воспитания, особенно тем, как вёл его в последние годы Строганов… Его страшно утомляли, заставляя учиться и двигаться свыше сил и не внемля спасительным предостережениям некоторых рассудительных медиков…»

В связи с этими суждениями Тютчева находится и его эпиграмма на графа С. Г. Строганова:

Вот один из примеров того, как в народе относились к наследнику. Во время Ломоносовского обеда в зале Дворянского собрания Петербурга возле профессора М. М. Стасюлевича сидел какой-то купец. Когда провозгласили тост за наследника, — тогда было известно ещё только, что он опасно болен, — зал огласился восторженными криками в честь его и пожеланиями ему выздоровления. Крики не затихали в течение пяти минут. Стасюлевича это растрогало до слёз. Сидящий рядом купец, заметив их, спросил:

— Видно, вы очень любите наследника?

— Да, — отозвался Стасюлевич, — потому что знаю его хорошо: я был его учителем.

— Учителем?— повторил купец. — Ну, хорошо, что вы были его учителем, а не дядькою, а то вас стоило бы разорвать на клочки.

Стасюлевич, который три года преподавал историю наследнику, говорил, что цесаревич учился очень хорошо и вообще был прекрасным существом. Стасюлевич, как отмечал Никитенко, не мог вспоминать о нём без глубокой скорби и умиления. Он показывал ему тетради, в которых царственный юноша записывал свои уроки по истории. В них видна особенная тщательность в занятиях. Я. К. Грот, И. А. Гончаров, Ф. И. Буслаев, И. К. Бабст, М. И. Соловьев были также в восторге от занятий и успехов цесаревича. Соловьев говорил, что если бы из Московского университета выходил раз в десять лет один студент с познаниями русской истории, какие имел цесаревич, то он считал бы своё призвание исполненным.

«Всем горько, все притихли и приуныли от страшной вести, — писал К. П. Победоносцев 12 апреля 1865 г. А. Ф. Тютчевой, — но мы, знавшие его, всего сильнее чувствуем, что значит для всех потеря нашего царевича… Я верю, я чувствую всей душой… что этот час — роковой час в судьбах России. На него была надежда, и в каждом из нас, знавших его, эта надежда оживала тем более, чем темнее становился горизонт, тем сильнее стали напирать тёмные силы, чем безотраднее казалась обстановка судеб наших. На него была надежда — мы в нём видели противодействие, в нём искали другого полюса…. И эту надежду Бог взял у нас. Что с нами будет? Да будет его святая воля» (217, с. 504).

Между тем Ницца встретила русское горе тёплым и единодушным участием. Жители всех возрастов и званий приходили благоговейно поклониться гробу. Тело покойного цесаревича Николая было перенесено 14 апреля в русскую церковь, а 16-го — через весь город и потом вдоль моря на фрегат «Александр Невский», отплывший из Виллафранки в Кронштадт в составе эскадры под командой адмирала С. С. Лесовского. В этот же день государь и императрица Мария Александровна с детьми выехали из Ниццы в Дармштадт. Там в замке Югенгейм они в тесном семейном кругу, в состав которого вошла и принцесса Дагмара, провели несколько дней, нужных для восстановления сил императрицы, истощённой длительным уходом за больным сыном и потрясением безвременной его кончиной. 9 мая августейшая семья выехала из Дармштадта и 12-го прибыла в Царское Село.