К 1915 году, несмотря на свой юный возраст, Анастасия Николаевна по мере сил стала принимать участие вместе с матерью и старшими сестрами в благотворительной деятельности и делах милосердия. В конце января 1915 года на улицах Петрограда был организован сбор пожертвований в пользу раненых воинов. Деньги «с кружками» собирали артисты императорских театров. А 5 марта 1915 года в Мариинском театре прошел концерт «Реквием», сборы от которого тоже шли на помощь раненым. Августейшей покровительницей этих мероприятий с участием театральных деятелей была великая княжна Анастасия Николаевна. Покровительство юной княжны делам милосердия привлекало жертвователей. Специально для сбора денег изготовили жетоны с вензелями Анастасии Николаевны, которые активно раскупались. Поступления от спектакля и сбора денег актерами на улицах составили более 13 тысяч рублей, на них закупили свыше 9 тысяч комплектов белья для солдат. Кроме того, люди приносили теплые вещи, которые были отправлены на фронт.

Имя великой княжны Анастасии Николаевны носили два лазарета: Чинов Канцелярии Его Императорского Величества по принятию прошений и Министерства народного просвещения. Имя цесаревны присвоили двум военно-санитарным поездам: № 61 – Особого отдела Канцелярии Ее Величества Государыни Императрицы и № 154 – Общедворянской организации. Для членов Царской семьи лазареты их имени и санитарные поезда становились предметом заботы, госпиталям помогали деньгами и медикаментами, поезда своего имени члены Царской семьи старались встречать, когда те прибывали с фронта, заполненные ранеными.

Анастасия Николаевна в годы войны быстро взрослела. Практически она проводила свою юность в лазаретах рядом со страдающими людьми, и это откладывало отпечаток на ее жизнь. Конечно, ее яркий темперамент, оптимизм, веселый нрав оставались неизменными. Однако постепенно под влиянием обстоятельств цесаревна научилась более ответственно относиться к своим обязанностям и поручениям Государыни.

К 15 годам (к 1916 году) цесаревна повзрослела и превратилась в достаточно милую девушку. От легкой неряшливости в одежде не осталось и следа. Из царских дочерей у нее были самые длинные волосы, которые она любила носить распущенными. Волосы свободными прядями красиво падали на плечи цесаревны и по спине спускались ниже талии. На фотографиях 1915–1916 годов перед нами Анастасия Николаевна – это уже не шустрая баловница, а славная девушка в милых нарядах.

Один из офицеров 5-го драгунского Казанского полка – Феликс Дассель, который попал осенью 1916 года с тяжелым ранением ноги в лазарет Федоровского городка, писал в воспоминаниях, что Анастасия Николаевна показалась ему девушкой «с колдовским, чувственным взглядом». Он описывал, как увидел цесаревну в первый раз: она, «опираясь на край кровати, пристально глядела на меня, рассматривая меня, размахивая ногой, комкая свой носовой платочек». Офицеру сделали операцию, после чего младшие цесаревны навещали его пару раз в неделю. Во время визитов стеснительная Мария Николаевна больше молчала. Зато Анастасия Николаевна не умолкала. Она была откровенной, веселой, «свободной, озорной, с очень бесстрастным чувством юмора». Иногда в разговорах она игриво, по-детски дразнила выздоравливающего офицера. Когда Феликс Дассель выздоровел, перед отъездом обе цесаревны сфотографировались с ним на память. Он заметил, что Анастасия Николаевна очень гордится своим госпиталем и чувствует себя в нем взрослой, на равных со старшими сестрами.