Николай Михайлович прославился и как видный историк. Он был признанным специалистом по истории царствования Александра I, автором фундаментальных научных работ об этом государе и его эпохе, сподвижниках Александра, об императрице Елизавете Алексеевне, издателем переписки императора с сестрой Екатериной. Имея возможность работать с не доступными тогда для других исследователей документами, а трудился он не только в петербургских архивах, но и в хранилищах Мюнхена и Парижа, Николай Михайлович ввёл в научный оборот множество новых источников и материалов. Под его руководством также выходили в свет очередные тома Русского Биографического Словаря и «Сборников Императорского Русского Исторического общества», которое он возглавлял. Ему также принадлежит инициатива издания справочника-альбома «Русские портреты XVIII–XIX вв.» в нескольких томах, в котором впервые был собран и обобщён громадный корпус портретных изображений почти за два века истории живописи в России, с приложением биографий портретируемых (над ними трудились замечательные историки – друзья и соратники Николая Михайловича). Великий князь сам был увлечённым коллекционером портретной живописи, миниатюр, рисунков и гравюр и намеревался завещать своё обширное собрание Русскому музею. Кроме того, бесценным начинанием Николая Михайловича явилась подготовка многотомного справочника по русскому некрополю, то есть списков захоронений, надгробных надписей и эпитафий с кладбищ Москвы, Петербурга и других городов. Под его руководством увидели свет многотомные «Петербургский некрополь» и «Московский некрополь», дальнейшую работу прервала Первая мировая война. Учитывая гибель множества кладбищ в советское время, эти издания составляют золотой справочный фонд отечественной исторической науки.

   Оставил Великий князь след и в истории русской охоты, выпустив в 1917 году книгу «Наблюдения по охоте на диких гусей».

   За свои научные работы Николай Михайлович удостоился звания почётного члена Императорской Академии наук и ряда других научных званий (от одного из них – доктора Берлинского университета, он отказался после начала Первой мировой войны). После революции, даже будучи в тюрьме и не имея под рукой необходимых материалов, Николай Михайлович продолжал свою научную работу – писал книгу о деятельности М.М. Сперанского.

   «Русские портреты XVIII и XIX столетий». Издание Великого князя Николая Михайловича. Т. 1

   Человек свободного ума, Великий князь бравировал своим либерализмом. Он считался сторонником парламентаризма и даже республиканцем, за что получил в гвардии прозвище «Филипп Эгалитэ». Так называли во время французской революции представителя младшей ветви королевской династии Бурбонов – герцога Орлеанского, который перешёл на сторону революции и даже голосовал за казнь своего родственника короля Людовика XVI. Впрочем, это не спасло самого Филиппа от гильотины. Николай Михайлович закончил свою жизнь точно так же, расстрелянный большевиками «в порядке революционного террора».

   По мнению Александра Михайловича, его брат «обладал всеми качествами лояльнейшего президента цивилизованной республики, что заставляло его часто забывать, что Невский проспект и Елисейские поля – это далеко не одно и то же», и далее: «Я не знаю никого другого, кто мог бы с большим успехом нести обязанности русского посла во Франции или же в Великобритании. Его ясный ум, европейские взгляды, врождённое благородство, его понимание миросозерцания иностранцев, его широкая терпимость и искреннее миролюбие стяжали бы ему лишь любовь и уважение в любой мировой столице».

   Полагали, что Николай Михайлович состоял в одной из масонских лож. Однако французская ложа «Великий Восток» отрицает его участие в своих рядах. Зато Великий князь был членом тайного французского общества «Биксио», имевшего богатую историю. В этом обществе могли числиться не более 16 человек, причём каждый новый член избирался только после смерти предыдущего. В своё время членами «Биксио» были И.С. Тургенев, А. Доде, Г. Флобер, Г. де Мопассан и братья Гонкуры. Тем не менее сама деятельность «Биксио» до сих пор толком не изучена.

   Своими поступками Великий князь эпатировал не только высшее общество, но часто и саму императорскую династию. Александр III однажды посадил его под арест за то, что Николай Михайлович осмелился в расстёгнутом пальто и с сигарой в зубах на простом извозчике проехать мимо окон Аничкова дворца, где тогда жил государь. Во время 100-летнего юбилея Бородинской битвы Великий князь единственный из всей семьи отказался поставить свою подпись в книге почётных гостей у монумента памяти воинам армии Наполеона. Нередко на парадах и военных смотрах, когда остальные Романовы сидели на конях и отдавали честь проходившим войскам, Николай Михайлович прохаживался неподалёку, беседуя с любопытствующими. Он говорил, что хочет дожить до времени, когда на Сенатской площади будет поставлен памятник декабристам. После ходынской трагедии Великий князь просил Николая II отменить бал у французского посла, а когда это не удалось, явился туда и затем демонстративно покинул праздник, уведя за собой остальных своих братьев.

   Не будет преувеличением сказать, что Николай Михайлович состоял в оппозиции курсу Николая II, в особенности в последние годы его царствования. 1 ноября 1916 года он даже написал императору пространное письмо с призывом прервать пагубное, как ему думалось, влияние императрицы на политические события. После убийства Распутина терпение государя иссякло, и Николая Михайловича на два месяца выслали в его*censored*сонское имение Грушевку. Перед отъездом Мария Павловна старшая демонстративно пригласила опального родственника к себе на встречу Нового, 1917 года, а другие Романовы приехали к Бимбо с визитами. Однако при всем своём демократизме (к своим подчинённым он неизменно обращался «мои друзья»), Николай Михайлович был одним из крупнейших в России землевладельцев, никогда не забывал о своём высоком происхождении, а во время посещений Монте-Карло нередко игрывал в казино на довольно значительные суммы.

   Николай Михайлович переписывался с Львом Толстым, ценившим незаурядный ум Великого князя. Их роднила и приверженность к пацифизму. С великим писателем Николай Михайлович познакомился в конце октября 1901 года в Крыму, где Толстой находился на отдыхе в Гаспре, в имении графини С.В. Паниной, а Николай Михайлович гостил у брата Александра в имении Ай-Тодор. Николай Михайлович и Толстой встречались три раза, однако при первой встрече Николай Михайлович не произвёл на Толстого положительного впечатления: «Что ему нужно, не знаю… Он мало интересен. Слишком знакомый тип», – писал Толстой В.Г. Черткову. Однако затем отношение Толстого изменилось: «Ещё приходил к Лёвочке великий князь Николай Михайлович, это уже во второй раз, и, говорят, он в восторге от бесед со Львом Николаевичем. Этот великий князь очень живой, самостоятельный и всем интересующийся человек. Он и Лёвочке понравился» (письмо С.А. Толстой Т.А. Кузминской). Свои впечатления от общения с Толстым Николай Михайлович записал по горячим следам, в этом тексте он, в частности, писал: «В заключение скажу одно – Лев Николаевич Толстой как писатель одно, а как человек – совсем другое; и я очень рад, что мне удалось видеть близко с глазу на глаз человека, тогда можно многое простить увлекающемуся старцу-писателю». В январе 1902 года через Николая Михайловича Толстой передал лично в руки Николаю II своё письмо с предложением земельной реформы по плану американского публициста Генри Джорджа (отмена частной собственности на землю), оставленное, впрочем, без последствий. По просьбе Толстого Николай Михайлович помогал устроить отъезд нескольких духоборов из России. Всегда живо откликаясь на просьбы писателя, великий князь также способствовал получению Толстым необходимых материалов для работы над повестью «Хаджи-Мурат». Он также посылал Толстому свои исторические труды, высоко оценённые Львом Николаевичем. Николай Михайлович специально занимался исследованием вопроса о личности старца Фёдора Кузьмича, что особенно интересовало Толстого. Через Черткова Толстой направлял Николаю Михайловичу свои брошюры политического содержания.