徳川昭武
ヨーロッパから帰国した翌年の1869年に水戸徳川家を正式に相続し、藩主に就任する。新政府に従い、奥羽・箱館戦争に参加した。明治2年(1869年)、版籍奉還により水戸藩知事となる(民部大輔を辞官)。北海道の土地割渡しを出願し、同年8月17日に北海道天塩国のうち苫前郡、天塩郡、上川郡、中川郡と北見国のうち利尻郡の計5郡の支配を命じられた。明治4年(1871年)7月14日の廃藩置県により藩知事を免ぜられ、東京府向島の小梅邸(旧水戸藩下屋敷)に暮らす。
明治7年(1875年)、陸軍少尉に任官する。初期の陸軍戸山学校にて、教官として生徒隊に軍事教養を教授している。明治8年(1875年)、中院通富の娘・盛子(栄姫、のち瑛姫)と結婚する。
明治9年(1876年)にフィラデルフィア万国博覧会の御用掛となり訪米する。その後、兄弟の土屋挙直・松平喜徳とともにフランスに向かい、再び留学する。なお、前の留学から8年の間に、フランスは第二帝政から第三共和政へ移行している。明治13年(1880年)夏休みまでで留学先のエコール・モンジュを退学。同じくフランスに留学中の甥・徳川篤敬(長兄・慶篤の長男)と欧州旅行(ドイツ・オーストリア・スイス・イタリア・ベルギー)の後、ロンドンへ半年滞在し、翌14年6月帰国した。