1829年，尼古拉一世加冕， 宣布自己是波兰国王。此时在整个俄罗斯帝国版图内，只有波兰享有最广泛的自治。1830年至1831年间，波兰爆发了争取民族独立的爱国起义，但很快起义军就被镇压下去。起义失败后，尼古拉一世宣布取消波兰王国的自治地位，解散了波兰议会和军队，开始在波兰境内推行俄制计量单位并用卢布取代原来的波兰货币。此外还重新对波兰进行了行政划分，波兰被分割成为几个省，统统并入俄罗斯。

在内政方面，尼古拉一世除了巩固皇权以外，可以说基本毫无建树。但尽管这样，俄罗斯当时还是处在上升期，经济不断发展，1837年就建成了俄罗斯的第一条铁路。尼古拉一世成为俄罗斯的第一个火车司机：在铁路开通的典礼上，尼古拉一世亲自登上火车，向炉子里添了几锹煤，鸣响了汽笛，将火车缓缓驶出站台。
尼古拉一世在外交方面回到了以神圣同盟为外交支点的思路上，加紧了对欧洲革命运动的镇压。就在尼古拉一世时期，俄罗斯获得了"欧洲宪兵"的称号。尼古拉一世曾应奥地利帝国的请求，向匈牙利派出10万人的军队，镇压了匈牙利争取独立的起义，从而防止了奥地利帝国的分裂。但奥地利并未因此对俄罗斯感恩戴德，在此后不久爆发的克里木战争中，奥地利担心俄罗斯在巴尔干半岛的扩张，因此站在了俄罗斯的对立面。奥地利帝国在同拿破仑的战争中曾是俄罗斯可靠的盟友，现在却成为敌人，关系全面破裂。直至两个帝国都在一战后解体，俄罗斯和奥地利的关系也没能缓和。

俄罗斯在1806年至1812年、1828年至1829年两次对土耳其的战争中，沉重地打击了奥斯曼土耳其帝国，土耳其日渐衰落。按照俄罗斯的要求，俄罗斯皇帝成为土耳其境内所有基督教徒的保护人，奥斯曼土耳其帝国还被迫在1830年承认希腊独立，同时给予塞尔维亚、摩尔达维亚等地广泛自治。

尼古拉一世计划组织一次大规模的军事行动，彻底击败土耳其。俄罗斯咄咄逼人的扩张势头引发了欧洲列强的不满和猜忌，他们担心强大的俄罗斯会对欧洲构成威胁，于是联合起来，开始在政治上孤立俄罗斯。

1853年，俄土战争爆发，俄罗斯海军在纳希莫夫海军元帅的出色指挥下，重创土耳其军队，取得了辉煌的胜利。1853年俄土海战也是战争史上最后一次帆船战舰的大型海战。1854年，英法联军开始干涉俄土战争，派出军队支援土耳其。俄罗斯因为被落后的封建农奴制拖后腿，在技术装备方面明显落后于英法两国，因而尽管俄军官兵英勇奋战，但仍节节败退。1854年，英法联军在克里木半岛强攻登陆，开始围困塞瓦斯托波尔要塞。1855年8月，塞瓦斯托波尔要塞在苦苦支撑了十一个月之后投降。此后俄罗斯签订了巴黎和约，承认黑海是公海，并同意在黑海水域不得设防，不得部署海军力量、军火库和建筑要塞等军事设施。这样俄罗斯就丧失了在黑海水域的主动权，无力在这一地区发挥继续影响。

尼古拉一世在对内政策上，在文化方面主要是采取钳制措施。尼古拉一世时期的俄罗斯，逐渐形成了一个新的社会阶层--知识分子。当时俄罗斯的知识分子大多数出身于贵族家庭，受到西方进步思潮的影响，看到俄罗斯政治制度、社会发展和科学技术的落后，急于通过改革或者革命手段来改变俄罗斯。逐渐俄罗斯知识分子分化为两大阵营：西方派和本土派。西方派以赫尔岑为代表，主张继续走彼得一世的道路，在政治和经济体制上向西方学习，把俄罗斯改造成为一个欧洲国家；而本土派以哈米亚科夫为代表，主张鉴于俄罗斯有独特的历史和宗教传统，有独特的国情和现实社会政治环境，俄罗斯必须走有别于欧洲各国的发展道路。

为了更好地控制思想，防止变革思潮的蔓延，尼古拉一世任命以保守闻名的圣彼得堡科学院院长乌瓦罗夫为教育部长。乌瓦罗夫颁布了多项法令，禁止贵族子弟去西欧留学，禁止从西欧进口书籍，停止在大学给学生们讲授哲学，颁布了严厉的报刊审查法令，被世人称为"铸铁般的报刊审查制度"。后来根据这项法令，干脆禁止发表任何带有政治观点的文章。1848年欧洲革命爆发后，俄罗斯更加紧了对报刊的审查。

俄罗斯的伟大诗人亚历山大·普希金一生的主要创作活动正好集中在尼古拉一世统治期间。鉴于普希金的盛名，尼古拉一世无法对他采取严厉的审查措施，不得不在表面上做出一些让步。1826年9月，尼古拉一世接见了刚刚从流放地归来的普希金。在会见中，普希金直言不讳地说道，他曾希望在12月14日那天和十二月党人站在一起。尼古拉一世没有发怒，反而神态温和地表示，现行的书报审查制度不适用于普希金本人，普希金有完全的创作出版自由（事实表明，尼古拉一世个人担任了普希金的书报检查官）。在会见结束后，尼古拉一世当着周围的人盛赞普希金，把普希金称为"俄罗斯最聪明的人"。（普希金在决斗身亡后，尼古拉一世的表现极为冷淡。）

尼古拉一世从未真正信任过普希金，私下里把普希金称作是"自由派分子的领袖"，下令第三处的秘密警察对普希金进行跟踪。而普希金在流放归来的最初岁月里，对皇帝做出的亲和表态大为鼓舞，把尼古拉一世当作一位开明君主，并创作了一系列有关尼古拉一世的作品。但很快普希金就察觉到了尼古拉一世的两面手法，对沙皇的态度冷落了下来。在1834年的日记里，普希金对尼古拉一世做出了著名的评语："在他身上有很多士官长的东西和不多的彼得一世"。

为了更好地控制普希金，尼古拉一世任命普希金担任宫廷侍卫，使得诗人整天盘桓在宫廷中，为公职而疲于奔命。普希金在决斗中身亡后，尼古拉一世替普希金偿还了他生前欠下的债务，并给普希金的遗孀和子女支付了大笔供养金。但是另一方面尼古拉一世在各方面限制各类纪念普希金的活动，限制普希金作品的出版，总之力图把普希金的影响缩减到最小。

1855年年初，尼古拉一世穿着单薄的军服检阅部队，患上了感冒，结果变成了急性肺炎。1855年2月18日，尼古拉一世病逝。另有传闻说，因为尼古拉一世看到克里木战争的灾难性后果，自己服毒自杀了。

尼古拉的儿子亚历山大继位，成为俄罗斯帝国的第十二位皇帝，史称亚历山大二世。