Venäjän Nikolai I:n seuraajana vuonna 1855 toiminut tsaari Aleksanteri II oli vapaamielinen mies, joka ei nähnyt muuta vaihtoehtoa kuin toteuttaa muutoksia Krimin sodan aikana tapahtuneen armeijan, talouden ja hallituksen katastrofaalisen suorituksen jälkeen. Aleksanteri käynnisti merkittäviä uudistuksia koulutuksessa, hallituksessa, oikeuslaitoksessa ja armeijassa.
Vuonna 1861 hän julisti 20 miljoonan yksityisomistuksessa olevan maaorjan vapautuksen. Paikalliset toimikunnat toteuttivat vapautuksen antamalla maa-alueita ja vapautta maaorjille. Talonpojille jaettu maa ostettiin omistajilta valtion avustuksella. Valtio laski tätä varten liikkeeseen velkakirjoja maanomistajille ja keräsi talonpojilta lunastusmaksuja, joiden suuruus oli vuosittain 5 prosenttia kokonaiskustannuksista. Hallitus oli kuvitellut, että 50 000 entistä maanomistajaa, joilla oli yli 1,1 neliökilometrin suuruisia tiloja, menestyisivät ilman maaorjia ja jatkaisivat lojaalia poliittista ja hallinnollista johtamista maaseudulla. Hallitus odotti myös, että talonpojat tuottaisivat riittävästi satoa omaan kulutukseensa ja vientimyyntiin ja auttaisivat siten rahoittamaan suurimman osan hallituksen menoista, tuonnista ja ulkomaanvelasta.
Paikallishallinnon uudistukset seurasivat tiiviisti vapautusta. Vuonna 1864 suurin osa Venäjän eurooppalaisen osan paikallishallinnosta organisoitiin maakuntien ja piirien vaaleilla valituiksi itsehallintoelimiksi (zemstvos), jotka koostuivat kaikkien luokkien edustajista ja vastasivat paikallisista kouluista, kansanterveydestä, teistä, vankiloista, elintarvikehuollosta ja muista asioista. Vuonna 1870 perustettiin vaaleilla valitut kaupunginvaltuustot eli duumat. Kiinteistönomistajien hallitsemat ja maakuntien kuvernöörien ja poliisin rajoittamat zemstva ja duuma nostivat veroja ja perivät työvoimaa toimintansa tukemiseksi.
Vuonna 1864 Aleksanteri II toteutti suuren oikeuslaitoksen uudistuksen. Se perusti suurimpiin kaupunkeihin tuomioistuimet, joissa oli valamiehistö. Yleisesti ottaen oikeusjärjestelmä toimi tehokkaasti, mutta hallituksella ei ollut varoja eikä kulttuurista vaikutusvaltaa laajentaa tuomioistuinjärjestelmää kyliin, joissa perinteinen talonpoikaisoikeus jatkoi toimintaansa maakuntien virkamiesten puuttuessa siihen vain vähän. Venäjän oikeusjärjestelmän mallina käytettiin Ranskan ja Saksan nykyaikaista oikeutta. Kukin tapaus oli ratkaistava omien ansioidensa eikä ennakkotapausten perusteella. Tämä lähestymistapa on säilynyt siitä lähtien.
Muut merkittävät uudistukset tapahtuivat myös koulutuksen ja kulttuurin aloilla. Sensuuria, joka oli tukahduttanut mielipiteitä Nikolain aikana, lievennettiin huomattavasti, ja julkinen mielipide sai äänensä kuuluviin. Tämä helpotti suuresti hallituksen pyrkimyksiä kitkeä korruptio, byrokratia ja tehottomuus. Yliopistot olivat saaneet autonomian. Hallitus kannusti koulutusta: juuri Aleksanterin valtakaudella alkoi laajamittainen talonpoikaisjoukkojen koulutus. Keskushallitus yritti toimia zemstvan kautta yhtenäisten opetussuunnitelmien luomiseksi kansakouluille.
Rahoitusalalla Venäjä perusti vuonna 1866 valtionpankin, joka asetti kansallisen valuutan vakaammalle pohjalle. Valtiovarainministeriö tuki rautateiden kehittämistä, mikä helpotti elintärkeää vientitoimintaa, mutta se oli varovainen ja maltillinen ulkomaisissa yrityksissään. Ministeriö perusti vuonna 1882 myös talonpoikien maapankin, jotta yritteliäät maanviljelijät voisivat hankkia lisää maata. Sisäasiainministeriö oli kuitenkin vastapainona tälle politiikalle perustamalla vuonna 1885 aatelisten maapankin, jonka tarkoituksena oli estää asuntolainojen ulosmittaukset.
Sotilaspalvelusuudistus (1874) oli viimeinen Aleksanteri II:n valtakauden tärkeimmistä uudistuksista. Ranskan ja Preussin sota osoitti modernin armeijan rakentamisen välttämättömyyden. Vanhasta järjestelmästä, jossa palvelusaika oli pitkä (25 vuotta) rajoitetulle määrälle alokkaita, luovuttiin, koska se oli liian raskas taakka kansalle ja koska se ei tarjonnut käytännössä lainkaan reserviä. Dmitri Miljutin otti vuonna 1874 käyttöön uuden asevelvollisuusjärjestelmän, johon kuului lyhyt aktiivipalvelus, jota seurasi usean vuoden varusmiespalvelus. Se laadittiin demokraattisin perustein, ja siihen kutsuttiin kaikki 21-vuotiaat nuoret miehet luokkiin katsomatta. Vapautus myönnettiin vain sellaisille nuorille miehille, jotka olivat perheidensä ainoat elättäjät. Se antoi armeijalle myös roolin monien talonpoikien lukutaidon opettamisessa ja naisten lääketieteellisen koulutuksen uranuurtajana.
Aleksanderin kauaskantoinen politiikka ei kuitenkaan tuonut Venäjälle poliittista rauhaa. Vuonna 1881 vallankumoukselliset murhasivat Aleksanteri II:n.
Hänen poikansa Aleksanteri III (r. 1881-1894) aloitti poliittisen vastareformin kauden. Hän vahvisti turvallisuuspoliisia, organisoi sen uudelleen Okhrana-nimiseksi virastoksi, antoi sille poikkeuksellisia valtuuksia ja sijoitti sen sisäasiainministeriön alaisuuteen. Aleksanterin sisäministeri Dmitri Tolstoi otti käyttöön maakapteenit, jotka olivat piirien aatelisia valvojia, ja hän rajoitti zemstvojen ja dumasien valtaa. Aleksanteri III määräsi entisen kotiopettajansa, konservatiivisen Konstantin Pobedonostsevin ortodoksisen kirkon pyhän synodin prokuraattoriksi ja Ivan Delyanovin opetusministeriksi.
Aleksanteri III otti käyttöön tiukimman taloudenpidon. Keisarillisen perheen siviililuetteloa supistettiin, ja armeijan, laivaston ja virkamieskunnan arvioita leikattiin huomattavasti. Tämä mahdollisti sarjan taloudellisia uudistuksia, jotka pyrkivät parantamaan talonpoikien asemaa: äänestysvero poistettiin vuonna 1886, säädettiin laki, jolla nopeutettiin talonpojille vuonna 1861 jaetun maan laillista luovutusta, talonpojilta perittäviä maksuja tästä maasta vähennettiin huomattavasti, kruunun maita annettiin talonpoikien vuokrattavaksi tai ostettavaksi edullisin ehdoin, ja laajoja kruununmaita Itä-Venäjällä ja Siperiassa avattiin talonpoikien maastapoistumiselle ja uudelleensijoittamiselle.
Työlainsäädäntö otettiin ensimmäisen kerran käyttöön vuonna 1882, jolloin perustettiin tehtaiden tarkastuslaitos (joka vastasi terveys- ja hengenpelastusmääräyksistä), säädettiin työaikaa ja rajoitettiin nais- ja nuorisotyövoiman käyttöä.
Aleksanderin talousuudistukset valmistelivat tietä kultakannan käyttöönotolle, joka toteutettiin hänen seuraajansa ensimmäisinä hallitusvuosina (1897). Hän jatkoi myös intensiivistä rautateiden rakentamispolitiikkaa. Tässä suurin tapahtuma oli Trans-Siperian rautatien perustaminen vuonna 1891.
1900-luvun jälkipuoliskolla älymystöpiireissä syntyi niin sanottujen ”slaavofiilien” ryhmittymä. He olivat vakuuttuneita siitä, että Pietari Suuri oli tehnyt virheen yrittäessään modernisoida ja länsimaistaa maata ja että Venäjän pelastus oli länsimaisten aatteiden hylkäämisessä. Slavofiilit uskoivat, että samalla kun länsi saastutti itsensä tieteellä, ateismilla, materialismilla ja rikkaudella, heidän olisi palattava yksinkertaiseen talonpoikaisyhteiskuntaan, jonka keskiössä oli ortodoksinen usko. Hallitus hylkäsi nämä ajatukset, koska se koki nopean modernisaation tarpeelliseksi.
Sitä seurasi, että vaikka Venäjä oli monikielinen valtakunta, jossa oli kymmeniä kansallisuuksia ja kieliä, se oli kaikkea muuta kuin ystävällinen vähemmistöjen kansallismielisille pyrkimyksille. Puolalaiset kohtasivat erityisen huonosti, koska he olivat olleet vihollisia vuosisatojen ajan ja koska he olivat kapinoineet vuosina 1830 ja 1863. Venäjän teollistumisen edetessä Puola pärjäsi melko hyvin, mutta muut alueet, kuten Ukraina, jäivät jälkeen, ja tätä ongelmaa pahensivat Aleksanteri II:n kömpelöt maareformit. Varsinaisella Venäjällä ja Ukrainassa juutalaiset joutuivat pahan (ja yhä pahenevan) syrjinnän kohteeksi, varsinkin kun heidät yhdistettiin joko puolalaisiin tai vallankumousliikkeisiin. Useimmat jälkimmäisistä olivat myös hyvin kansallismielisiä ja piittaamattomia vähemmistöongelmasta. Jopa bolsevikit olivat tietämättömiä vasta sen jälkeen, kun he olivat ottaneet vallan vuonna 1917.
Teollistumisesta huolimatta Venäjä oli edelleen ylivoimaisesti maaseutumainen ja takapajuinen ensimmäisen maailmansodan alkaessa. Moskova ja Pietari olivat ainoat kaupungit, joissa oli merkittävää teollisuutta. Koska suurin osa työläisistä oli juuri maatilalta tulleita ja täysin kouluttamattomia, vallankumouksen pääasiallinen sysäys tuli keskiluokkaisilta korkeakoulututkinnon suorittaneilta, jotka olivat turhautuneita venäläisen yhteiskunnan tehottomuuteen.
Siten (suurten ulkomaisten investointien ja teknisen avun avulla) Venäjä onnistui saamaan aikaan ainakin näennäisen teollistumisen vuoteen 1914 mennessä. Sen mukana tulivat kaikki ne väärinkäytökset, joihin jo länsimaissa törmättiin, kuten lapsityövoima ja turvattomat työolot. Mutta kun Britannia, Yhdysvallat, Saksa ja muut pystyivät lopulta pääsemään eroon näistä ongelmista, Venäjällä se oli paljon vaikeampaa puutteellisen infrastruktuurin ja (erityisesti) rehellisen, koulutetun byrokratian puutteen vuoksi. 1800-luvun loppuvuosina lisääntyivät kaikenlaiset vallankumoukselliset ryhmät, joista jotkut pyrkivät hylkäämään modernismin kokonaan ja kääntämään kelloa takaisin keskiaikaan.