Однако в это самое время Великим Князем получены были указания Государя, сводившиеся к тому, чтобы войти в дружественное соглашение с начальниками иностранных флотов в Босфоре для водворения общими силами порядка в городе, избегать всякого столкновения с иностранным десантом в Константинополе, ввести туда войска лишь в случае просьбы жителей столицы и, наконец, ни в каком случае не отступать от сделанного нами Англии заявления, что мы не намерены действовать на Галлиполи, ибо она, со своей стороны, обещала нам то же, а потому достаточно выдвинуть наблюдательный отряд на перешеек, отнюдь не подходя к самому Галлиполи.

Эта телеграмма, указавшая на соглашение нашего правительства с Англией, связала действия Главнокомандующего, справедливо считавшего, что только заняв Константинополь и Галлиполи, Россия может властно диктовать условия мира Турции и противодействовать Англии. Это было тем более тяжело, что, продолжая удачное наступление, наша кавалерия дошла почти до Родосто.

18 января 1878 года турецкие уполномоченные были приняты вторично Великим Князем и на следующий день подписали протокол предварительных оснований мира и условия о перемирии.

Между тем вопреки обещанию и под предлогом защиты своих подданных в Константинополе, Англия послала свою эскадру в Босфор, что побудило Государя телеграммой 29 января предоставить Главнокомандующему полную свободу действий на берегах Босфора и Дарданелл, избегая непосредственного столкновения с англичанами, пока они сами не будут действовать враждебно.

Стеснение инициативы действий Главнокомандующего непрерывными указаниями из Санкт-Петербурга поставило Великого Князя в чрезвычайно затруднительное положение, тем более что турецкие уполномоченные, чувствуя поддержку англичан, стали затягивать переговоры.

Получив 9 февраля телеграфное повеление Государя ускорить занятие ближайших к Константинополю предместий, назначить кратчайший срок для получения согласия султана, а на случай его отказа приготовить достаточные силы, которыми представлялось действовать, не ожидая особых разрешений, Великий Князь предупредил уполномоченных, что намерен занять Сан-Стефано, куда действительно и прибыл 12 февраля в сопровождении 1-й роты и 1-го эскадрона.

Здесь 19 февраля наконец был подписан прелиминарный мир с Турцией.

14 месяцев неустанной работы в неприглядной обстановке войны, целый ряд лишений, постоянные волнения — всё это тягостно отозвалось на состоянии здоровья Великого Князя, который телеграммой 27 марта просил о замене его другим лицом. Несмотря на болезнь, Великому Князю удалось ещё настоять на прекращении турками фортификационных работ у Маврикия и в других местах, а также лично осмотреть расположенные против нас турецкие позиции.

2 апреля Великий Князь получил телеграмму Государя с извещением об увольнении его от командования армией. В воздаяние славно оконченной кампании Великий Князь был произведён в генерал-фельдмаршалы.

Важнейшими заслугами Великого Князя в эту кампанию следует признать: совершенно правильную оценку им как всей обстановки предстоящей войны, так и сил противника, для действия против которого вручённые ему силы он с самого начала войны считал недостаточными; обеспечение нашего успеха при переправе через Дунай не только удачным выбором места её, но и рекогносцировкой её с замечательной скрытностью, которая в подобного рода предприятиях имеет часто решающее значение; лично им предпринятый и блестяще исполненный зимний переход через Балканы и, наконец, энергичное наступление к Константинополю.

Последний период деятельности Великого Князя Николая Николаевича был посвящён командованию войсками гвардии и Санкт-Петербургского военного округа до 17 августа 1880 года, когда впоследствии расстроенного здоровья он оставил этот пост.

Свои силы, богатый боевой и служебный опыт, а также любовь к военному делу он посвящал главным образом нашей кавалерии, Генерал-Инспектором которой оставался до конца жизни. По поводу 25-летия деятельности на этом посту Великий Князь 15 августа 1889 года был почтён рескриптом Императора Александра III, который отметил неустанную заботу Великого Князя как об улучшении конского состава и снаряжения кавалерии, так и о введении наиболее правильных способов её воспитания и обучения.

Ещё в 1860-х годах, в самом начале своей деятельности в должности Генерал-Инспектора, Великий Князь обратил внимание на способы ремонтирования нашей кавалерии как в мирное, так и в военное время, причём в 1868 году было выработано для того особое положение. Стремясь улучшить конский состав, Великий Князь, ежегодно объезжая конные заводы и задонские зимовники, постоянно обращал внимание главного управления государственного коннозаводства на необходимость заведения верховых жеребцов-производителей. К сожалению, эти неоднократные заявления оставались без последствий, в чём государственному коннозаводству пришлось раскаяться лишь впоследствии.

В числе других мероприятий, исходивших от Великого Князя, следует упомянуть установление строгой отчётности о прибыли и убыли строевых лошадей, учреждение правил и форм их описей, установление порядка комплектования ремонта лошадьми, составление общей программы занятий в запасных кавалерийских полках, издание «Инструкции для воспитания и объездки молодых лошадей».

Будучи выдающимся кавалерийским генералом, Великий Князь много поработал над улучшением командного состава вообще и офицерского в частности в нашей кавалерии, вся строевая и тактическая подготовка которой была им поставлена в условия боевых требований.

Близко к сердцу принимал он деятельность офицерской кавалерийской школы, которую посещал очень часто, лично руководя занятиями в течение долгих часов.

Император Александр III неоднократно обращался к Его Высочеству как к крупному военному авторитету; так, в 1881 году он был назначен «присутствующим» в особой комиссии (генерал-адмирала Коцебу) для обсуждения вопросов об улучшения устройства военных управлений, в 1888 году председателем особой комиссии по составлению проекта положения о полевом управлении войск, затем он же руководил работами комиссии о переустройстве кавалерии и преобразовании инженерных войск.

Наконец, ему принадлежала идея манёвров больших войсковых масс, общим руководителем и посредником которых он являлся несколько раз: в 1886 году — под Красным Селом и Усть-Ижорой, а затем в окрестностях Брест-Литовска, между войсками Варшавского и Виленского военных округов, в 1888 году — на больших Елисаветградских манёврах и, наконец, в 1890 году — под Нарвой и на Волыни, между войсками Варшавского и Киевского военных округов в количестве около 130 тысяч человек. На этих манёврах Великий Князь в последний раз явился перед войсками.

По настоянию врачей Великий Князь прямо с манёвров из Ровно отправился в Крым, в Алупку, где и скончался. 13 апреля 1891 года тело его было перевезено в Санкт-Петербург и погребено в Петропавловском соборе.

Великий Князь Николай Николаевич пользовался огромной любовью и редкой популярностью среди войск. Простота в обхождении, сердечность, незлобивость, весёлый, шутливый характер, умение заставить своих подчинённых служить не за страх, а за совесть, и в то же время умение серьёзно потребовать службу и дело, чисто военный характер, рыцарское благородство — всё это искренне привязывало к нему всех его сослуживцев и подчинённых и было разгадкой того обаяния, которым он пользовался среди всех военных, от солдата до генерала включительно.

12 января 1914 года, в Санкт-Петербурге, на площади против Михайловского манежа, в Высочайшем присутствии состоялось открытие памятника Великому Князю, изготовленного по проекту итальянского скульптора Каноника.

В Порадиме (Болгария) есть Дом-музей имени Великого Князя Николая Николаевича и при нём часовня во имя Святого Николая.

С 25 января 1856 года Великий Князь состоял в супружестве с принцессой Александрой Петровной Ольденбургской и имел сыновей: Великого Князя Николая Николаевича (Младшего) и Великого Князя Петра Николаевича.