Тем не менее Екатерина II достигла своей цели. Такой поворот событий позволил цесаревичу быстро прийти в себя после смерти супруги и уже 13 июня 1776 г. отправиться в Пруссию для знакомства с Софией-Доротеей Вюртембергской, будущей великой княгиней Марией Федоровной. Тем более что официальный траур по великой княгине Наталье Алексеевне не объявлялся. 11 июля состоялась их встреча на балу у прусского короля Фридриха. Павел и София-Доротея понравились друг другу – иначе и быть не могло. Однако цесаревич Павел, наученный горьким опытом, составил для будущей жены наставления, где предостерегал ее от возможных интриг, рекомендовал быть набожной и бережливой. 26 сентября 1776 г. состоялось бракосочетание цесаревича Павла Петровича и великой княгини Марии Федоровны. Этот союз полностью оправдал надежды Екатерины II. Вторая супруга цесаревича не вмешивалась в политику и уже в 1777 г. родила первенца Александра, а в 1779 г. Константина, тем самым укрепив династию. Как известно, бремя воспитания наследников Екатерина II взяла на себя.
Павел Петрович оказался не у дел: к управлению государством императрица его не допускала, как, впрочем, и до воспитания сыновей, что также было делом большой политической важности. Поэтому было решено отправить великокняжескую чету в длительное заграничное путешествие, да еще инкогнито.
Заграничное путешествие великокняжеской четы под именем графов Северных завершило образование Павла Петровича, познакомило его с западноевропейскими монархами, причем перед Великой французской революцией: путешествие состоялось в 1781–1782 гг. Екатерина II тщательно продумала маршрут и свиту для поездки своего сына и наследника. И хотя Павел Петрович сетовал, что императрица окружила его соглядатаями, с ними среди прочих путешествовал его друг детства А.Б. Куракин, а среди фрейлин, сопровождавших великую княгиню Марию Федоровну, была Е.И. Нелидова, к которой цесаревич относился с особой симпатией.
19 сентября 1781 г. «графы Северные» со свитой двинулись в путь, который лежал через Киев, далее Польшу, в Вену, где Мария Федоровна встретилась с родителями. Затем они посетили Венецию, Неаполь, Рим, Флоренцию. В Риме цесаревич Павел Петрович встретился с папой римским Пием VI. Из Флоренции они продолжили путешествие в Ливорно, Парму, Милан и Турин. Далее их путь лежал в Париж, где великокняжеская чета пообщалась с Людовиком XVI и Марией-Антуанетой. Оттуда они поехали в Брюссель, где Павел Петрович посетил Лейденский университет. Из Нидерландов они направились в Швейцарию в Штутгарт и далее снова в Вену. Из Вены Павел Петрович и Мария Федоровна через Краков, Еродно, Митаву и Ригу вернулись в Петербург.
Каковы итоги этой поездки? Н.К. Шильдер пишет об окончательном охлаждении Екатерины II к сыну. Но в чувствах ли тут дело? Семья разрастается, и опасности династического кризиса уже нет. Павел Петрович за границей вел себя достойно, был очень хорошо встречен европейскими дворами, что отчасти было признанием и заслуг Екатерины II. Павел же воочию увидел блеск европейских монарших домов. Как писал князь Е.А. Штаремберг императору Иосифу II: «Русский принц получил мало кому выпадающий шанс из монархов, когда придет время, этому пытливому молодому человеку будет очень легко править. Принц узнал в Европе всех ближайших союзников России на десятилетия. Мало кому так везло… Он строптив, но честен и благороден, а это важнее приятных манер»
