I disordini pubblici durante la guerra russo-giapponese e le richieste di riforme politiche aumentarono nei primi anni del XX secolo. All'Epifania 1905, una banda di rivoluzionari sparato contro il Palazzo d'Inverno dalla Fortezza di Pietro e Paolo. Ol'ga e l'Imperatrice madre furono colpite da schegge di vetro da una finestra, ma rimasero incolume. Tre settimane dopo, la Domenica di sangue, le truppe cosacche uccisero almeno 92 persone durante una manifestazione, e un mese dopo lo zio di Ol'ga, il granduca Sergio, venne assassinato. Le rivolte si verificarono in tutto il paese e reparti della marina si ammutinarono. Ol'ga ha sostenuto la nomina del liberale Pëtr Stolypin come primo ministro, e intraprese un programma graduale di riforme, ma nel 1911 fu assassinato. I disordini pubblici, la fuga di Michele e il finto matrimonio di Ol'ga la misero a dura prova e nel 1912, mentre era in visita in Inghilterra con sua madre, ebbe un esaurimento nervoso. Anche la zarina Aleksandra non stava bene, preoccupata per la cattiva salute del figlio emofiliaco, Alessio. Ol'ga sostituì la zarina in occasione degli eventi pubblici e accompagnò suo fratello in un tour dell'impero, mentre la zarina rimase a casa.