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。