In september 1915 nam Nicolaas, na het ontslag van zijn neef grootvorst Nicolaas, persoonlijk het opperbevel over het leger op zich. Op 23 februari 1917, in een tijd van bittere armoede na drie jaar oorlog, barre oorlogswinters en miljoenen slachtoffers, begon in Sint-Petersburg een spontane volksopstand, die het begin was van de eerste fase van de Russische Revolutie. Hoewel de tsaristische garde tot dan toe elke opstand had neergeslagen, gebeurde dat deze keer niet. Integendeel, soldaten van de garde schoten hun eigen officieren neer en deden met de opstand mee. Een week later, op 2 maart, deed Nicolaas in Pskov, aan boord van de keizerlijke trein, gedwongen afstand van de troon ten gunste van zijn broer, Michaël II, die de troon vervolgens weigerde. Nadat asiel in het Verenigd Koninkrijk (de Britse koning George V was een neef van de tsaar) door de Britse regering was afgewezen (officieel omdat gevreesd werd dat met hem de kans op revolutionaire ideeën in Groot-Brittannië te groot zou worden), werd hij naar Jekaterinenburg verbannen.
