W roku 1905, Mikołaj opuścił na dobre armię i zajął się całkowicie swoimi zainteresowaniami naukowymi i badawczymi. Car Mikołaj II chętnie przyznał mu prawo do nieograniczonego dostępu do archiwum rodzinnego i biblioteki Romanowych. Wielki książę wkrótce opublikował wielotomowe wydanie (w sumie piętnaście woluminów) w języku rosyjskim i francuskim, poświęcone panowaniu cara Aleksandra I. To ważne dzieło przyniosło mu międzynarodowe uznanie w Europie. Załączone studia obejmują między innymi: dokumenty dyplomatyczne cara Aleksandra I oraz Napoleona; biografię bliskiego przyjaciela cara Aleksandra Pawła Strogonowa oraz biograficzne studia poświęcone Aleksandrowi I i jego żonie Elżbiecie Aleksejewnej.
Dalsze lata W 1917 roku nie został zatrzymany, pozwolono mu – jako historykowi, kontynuować pracę. W 1918 roku został jednak aresztowany i po pewnym czasie wraz z bratem Jerzym Michajłowiczem i dwoma kuzynami osadzony w piotrogradzkim więzieniu. O ich uwolnienie zabiegali co odważniejsi członkowie rosyjskiej inteligencji (prezydent Rosyjskiej Akademii Nauk – Aleksander Karpiński, Maksym Gorki oraz znani petersburscy lekarze). Gorki uzyskał nawet od Lenina wydanie obłudnego nakazu zwolnienia zatrzymanych, lecz osadzonych wcale nie zamierzano uwolnić.