Wegen der zunehmenden Spannungen ließ er mehr Schiffe in den Fernen Osten verlegen. Alle zuvor genannten im Ausland bestellten Schiffe befanden sich bei Ausbruch des Krieges dort. Mit dem dortigen Oberbefehlshaber, seinem Halbbruder Jewgeni Alexejew, einem Befürworter eines Krieges mit Japan, blieb er eng verbunden. Zwar konnte das Pazifische Geschwader den Angriffen der Japaner standhalten und sich auch in der Seeschlacht im Gelben Meer (1904) behaupten, aber es zeigte sich, dass kein Konzept für die Kriegsführung vorlag. Das Geschwader wurde schließlich zum überwiegenden Teil in Port Arthur von japanischer Landartillerie vernichtet. Der Ausmarsch der Baltischen Flotte erfolgte zu spät und endete in der totalen Niederlage in der Seeschlacht von Tsushima. Der Großfürst trat darauf am 2. Juni 1905 von seinen Ämtern zurück.