面对重重阻力,亚历山大二世仍将改革推行到底。1861年2月19日,俄罗斯宣布了新的农民法令。3月5日,亚历山大二世正式宣布解放俄罗斯所有的农奴,从此农奴成为自由耕种的农民。尽管自由农一无所有,没有自己的土地,在经济关系上必须依附原来的地主老爷才能生存下去,但在政治上的意义却非同小可--农民们获得了平等的政治权利,成为自由人,可以自由迁徙,也就意味着可以通过新开垦的土地致富,从而在经济上也获得完全的独立。亚历山大二世宣布废除农奴制,是俄罗斯在质量上的社会进步。
1861年至1874年间,亚历山大二世积极推行了大量改革措施。自从1861年宣布解放农奴后,亚历山大二世就获得了"解放者"的名号。
亚历山大二世的改革集中在军事,社会,司法和行政体制方面。在军事上俄罗斯开始实行全民义务兵役,禁止了军队中的体罚。在社会领域加大对教育和医疗卫生的投入,自1863年起俄罗斯的大学获得自治,学术空气逐渐转向自由化。从1864年开始,中等教育机构开始面向全社会接收学生,改变了此前只接收贵族子弟入学的做法。在这一时期还开办了俄罗斯的第一批女子中学,女生也获得了接受高等教育和医学专业教育的权利。亚历山大二世时期的俄罗斯妇女社会地位要高于欧洲妇女。
1864年1月1日,亚历山大二世颁布诏书,宣布在地方级别上成立"缙绅会议"。缙绅会议不仅仅是一个吸收了地方各社会阶层参与的议政机关,还被赋予一些行政管理功能:地方的通讯,交通,医疗,卫生,教育和慈善机构均由缙绅会议负责。当年11月份,俄罗斯又开始了司法改革,开始在全俄罗斯推行陪审团制度,所有案件审理改为开庭制度,而且被告获得了雇佣律师的权利。诏书同时规定了法官的不可侵犯,并且取消了贵族阶层在法律诉讼过程中的一切特权。
1865年4月6日,亚历山大二世签署了《临时书报检查规定》,在很大程度上减弱了书报检查制度。
上述改革措施在总体上推行得比较顺利,俄罗斯在经济、文化、社会和教育领域有了突飞猛进的发展。在亚历山大二世统治时期,俄罗斯艺术博物馆,即著名的特列季奇亚科夫画廊正式对公众开放(1856年),圣彼得堡马林斯基剧院落成开放(1860年),莫斯科动物园对公众开放(1864年),莫斯科音乐学院落成(1866年),俄罗斯电讯社成立(1866年),莫斯科历史博物馆建成开放(1875年),俄罗斯第一座发电站建成投产(1879年),圣彼得堡开始了电气化时代。此外在这一时期,俄罗斯还出现了一大批艺术、医学和教育方面的社会团体,出现了第一批社会慈善机构。
在亚历山大二世主持下,在1863至1866年间,出版了由俄罗斯著名学者达利编纂的《俄语详解大字典》。1858年,俄罗斯开始发行第一套邮票。
亚历山大二世结束了持续多年的高加索战争,在1864年将高加索地区彻底并入俄罗斯版图。在1858年至1860年间,俄罗斯通过签订条约的手段,没有任何花费,先是从中国手中摄取了黑龙江以北,后来又是乌苏里江以东的所有土地。自19世纪后半期开始,俄罗斯开始积极地开发西伯利亚和远东地区。
在1864年至1865年间,土库曼斯坦等中亚汗国并入俄罗斯版图。为了更好地开发中亚,西伯利亚和远东地区,俄罗斯决定把阿拉斯加出售给美国(另有文献说出租,租期为99年)。1867年,俄罗斯和美国签订条约,以720万美元的价格售出阿拉斯加。1875年,俄罗斯又和日本在圣彼得堡签订条约,日本承认南萨哈林岛为俄罗斯领土。
1871年3月1日,在伦敦和会上,俄罗斯终于推翻了1856年在俄土战争中战败后签订的条约,取消了俄罗斯禁止在黑海拥有海军舰队等不利条款。
1877年4月12日,俄土战争再度爆发。这一次俄罗斯取得了辉煌胜利,次年3月3日,俄罗斯和土耳其签署了《圣斯特条约》。根据条约,保加利亚,波斯尼亚和黑塞哥维那获得了广泛的自治,塞尔维亚,黑山和罗马尼亚获得了独立。俄罗斯在这场战争中还获得了此前土耳其治下的大片领土,南比萨拉比亚和摩尔达维亚,黑海沿岸的巴统等地并入俄罗斯版图。
亚历山大二世的改革措施极大地促进了俄罗斯社会飞速发展,极大地增强了国力,但同时也出现了负面效应。由于俄罗斯政治和社会生活中的自由化,出现了一些地下革命组织,积极地开展恐怖主义活动,试图用刺杀沙皇和政要的手段,改变俄罗斯社会。这一时期,积极主张行刺沙皇的就是处于地下状态的人民意志党人。亚历山大二世遭到过多次暗杀袭击,但由于防卫措施得当,一直安然无恙。
1881年3月1日,亚历山大二世准备签署法令,宣布改组国家委员会,启动俄罗斯君主立宪的政改进程,但在这一天他再次遇刺。刺客投掷的第一枚炸弹炸伤了亚历山大二世的卫兵和车夫,亚历山大二世不顾左右劝阻,执意下车查看卫兵伤势,结果刺客投掷的第二枚炸弹在他脚下爆炸,亚历山大二世双腿被炸断,当日医治无效逝世。
亚历山大二世遇刺,打断了此前的改革进程。此后的亚历山大三世和尼古拉二世未能实行有效的改革措施,俄罗斯的各种隐患不断发展,最终导致了革命爆发,罗曼诺夫王朝被推翻。在亚历山大二世遇刺身亡37年之后,俄罗斯帝国灭亡了。