8 ноября 1910 г. после проведения торжественного молебна великий князь Александр Михайлович официально открыл первую отечественную Военно-авиационную школу в которой начались регулярные учебные полеты и через год состоялся первый выпуск военных летчиков российской армии. В отчете Особого комитета за 1912 г. говорилось: «Следует признать наиболее плодотворным период 1910–1912 гг., особенно создание воздушного флота, являющегося историческим подвигом. Без преувеличения можно сказать, что Его Имп. Высочество Великий князь Александр Михайлович со своими ближайшими сотрудниками по организации воздушного флота положил в России твердое начало русской военной авиации и что благодаря его деятельности Россия по праву заняла второе место в Европе в деле воздухоплавания».

В марте 1913 г. Александр Михайлович представляет на утверждение русскому правительству «Общий план организации воздухоплавания и авиации», а Николай II по представлению великого князя принимает официальное постановление о передаче русской авиации в ведение Военного министерства.

С самого начала Первой мировой войны и до 1917 г. великий князь Александр Михайлович был первым главнокомандующим русской военной авиации. Около двухсот военных летчиков, подготовленных для боевых полетов, и самолетный парк, насчитывающий двести тринадцать готовых к бою аэропланов, стали тогда ядром русской истребительной авиации. В 1916 г. с участием главкома русской военной авиации, великого князя Александра Михайловича, был подготовлен и утвержден первый боевой устав военной авиации, названный первоначально «Наставление по применению авиации в войне».

В начале Первой мировой войны 1914 г. великий князь Александр Михайлович, назначенный заместителем командующего армии, выехал в Люблин. В 1916 г. он в должности командующего военной авиацией Южного фронта направляется со своим штабом в Киев, где узнает о Февральской революции и отречении Николая II от престола. В те трагические дни великий князь сопровождал вдовствующую императрицу Марию Федоровну в Могилев на последнюю встречу с сыном и присутствовал на прощальной церемонии бывшего российского императора со Ставкой.

По приказу Временного правительства вдовствующая императрица Мария Федоровна, великая княгиня Ольга Александровна со своим супругом полковником Куликовским и великий князь Александр Михайлович были высланы из Киева и направлены в Крым, в поместье великого князя Ай-Тодор.

Семья же Александра Михайловича в бурные дни Февральской революции все время находилась в своем дворце на Мойке. И только 25 марта 1917 г. по инициативе Ксении Александровны, она с сыновьями, в сопровождении фрейлины Софьи Евреиновой, лейтенанта Шателена, адъютанта великого князя Орбелиани и генерала Фогеля, бросив дворец на Мойке, прорвалась из Петрограда в Крым, где в Ай-Тодоре встретилась с родными.