Tsar Alexander II, som efterträdde Nikolaj I 1855, var en man med en liberal läggning, som inte såg något annat alternativ än att genomföra förändringar i efterdyningarna av arméns, ekonomins och regeringens katastrofala resultat under Krimkriget. Alexander initierade omfattande reformer inom utbildning, regering, rättsväsende och militär.
År 1861 proklamerade han frigörelsen av 20 miljoner privatägda livegna. Lokala kommissioner genomförde frigörelsen genom att ge jord och frihet till de livegna. Den mark som tilldelades bönderna köptes från ägarna med statens hjälp. Staten utfärdade obligationer till markägarna för detta ändamål och tog in inlösenbetalningar från bönderna med 5 % av den totala kostnaden per år. Regeringen hade föreställt sig att de 50 000 före detta godsägare som ägde egendomar på mer än 1,1 km2 skulle trivas utan livegna och fortsätta att tillhandahålla ett lojalt politiskt och administrativt ledarskap på landsbygden. Regeringen hade också förväntat sig att bönderna skulle producera tillräckligt med grödor för egen konsumtion och för exportförsäljning och därmed bidra till att finansiera större delen av regeringens utgifter, import och utlandsskuld.
Reformer av det lokala styret följde tätt efter frigörelsen. År 1864 organiserades större delen av det lokala styret i den europeiska delen av Ryssland i provinsiella och distriktsvalda självstyrelser (zemstvos), som bestod av representanter för alla klasser och som ansvarade för lokala skolor, folkhälsa, vägar, fängelser, livsmedelsförsörjning och andra angelägenheter. År 1870 bildades valda stadsfullmäktige, eller duma. Zemstva och duma dominerades av fastighetsägare och begränsades av provinsguvernörer och polisen, och höjde skatter och tog ut arbete för att stödja sin verksamhet.
Alexander II genomförde 1864 den stora rättsreformen. I större städer inrättade han domstolar med juryer. I allmänhet fungerade rättssystemet effektivt, men regeringen saknade ekonomi och kulturellt inflytande för att utvidga domstolsväsendet till byarna, där den traditionella bondejuridiken fortsatte att fungera med minimal inblandning från provinstjänstemännen. Det ryska rättssystemet var modellerat efter samtida fransk och tysk rätt. Varje fall måste avgöras på grundval av sina meriter och inte på grundval av prejudikat. Detta tillvägagångssätt har förblivit gällande sedan dess.
Andra stora reformer ägde rum på utbildnings- och kultursfären. Censuren, som hade kvävt opinionen under Nikolaus, slappades kraftigt av och den allmänna opinionen fick en röst. Detta underlättade i hög grad regeringens ansträngningar att utrota korruption, byråkrati och ineffektivitet. Universiteten hade fått självständighet. Regeringen uppmuntrade utbildning: Det var under Alexanders regeringstid som utbildningen av bondemassorna inleddes i stor skala. Centralregeringen försökte agera genom zemstva för att upprätta enhetliga läroplaner för grundskolorna.
På det finansiella området inrättade Ryssland 1866 statsbanken, vilket gav den nationella valutan en fastare grund. Finansministeriet stödde utvecklingen av järnvägen, vilket underlättade den livsviktiga exportverksamheten, men det var försiktigt och måttfullt i sina utländska satsningar. Ministeriet grundade också 1882 en jordbank för bönder för att göra det möjligt för företagsamma bönder att förvärva mer mark. Inrikesministeriet motverkade dock denna politik genom att inrätta Nobles’ Land Bank 1885 för att förhindra utmätning av inteckningar.
Reformen av militärtjänsten (1874) var den sista av de viktigaste reformerna under Alexanders II regeringstid. Det fransk-preussiska kriget visade att det var nödvändigt att bygga upp en modern armé. Det gamla systemet med långvarig tjänstgöring (25 år) för ett begränsat antal rekryter övergavs, eftersom det var en alltför tung börda för folket och eftersom det praktiskt taget inte gav några reserver. Det nya värnpliktssystemet, som innebar en kort period av aktiv tjänstgöring följt av flera år i reserven, infördes av Dmitrij Miljutin 1874. Det utformades på demokratiska grunder och kallade alla unga män på 21 år utan åtskillnad på klass till fanorna. Undantag beviljades endast för unga män som var ensamförsörjare i sina familjer. Den gav också armén en roll när det gällde att lära många bönder att läsa och att vara pionjär inom medicinsk utbildning för kvinnor.
Alexanders långtgående politik medförde dock inte politisk fred i Ryssland. År 1881 mördade revolutionärer Alexander II.
Hans son Alexander III (reg. 1881-1894) inledde en period av politisk motreform. Han stärkte säkerhetspolisen och omorganiserade den till en byrå känd som Okhrana, gav den extraordinära befogenheter och placerade den under inrikesministeriet. Dmitrij Tolstoj, Alexanders inrikesminister, införde användningen av landkaptener, som var adliga övervakare av distrikt, och han begränsade zemstvos och dumas makt. Alexander III utsåg sin tidigare lärare, den konservative Konstantin Pobedonostsev, till prokurator för den ortodoxa kyrkans heliga synod och Ivan Delyanov till utbildningsminister.
Alexander III satte den mest rigida ekonomin i verket. Den kejserliga familjens civila lista minskades, och anslagen till armén, flottan och den offentliga sektorn skars ned avsevärt. Detta gjorde det möjligt att införa en rad ekonomiska reformer som tenderade att förbättra böndernas villkor: röstskatten avskaffades 1886, en lag antogs för att påskynda den lagliga överlåtelsen av den mark som bönderna tilldelats 1861, betalningarna från dem för denna mark minskades kraftigt, kronojordar ställdes till förfogande för att hyras ut eller köpas av bönderna på fördelaktiga villkor, och stora delar av kronojordarna i östra Ryssland och Sibirien öppnades för böndernas utvandring och återetablering.
Arbetslagstiftningen infördes för första gången 1882 genom inrättandet av fabriksinspektionen (med ansvar för bestämmelser om hälsa och livräddning), reglering av arbetstiden och begränsning av kvinnlig och ungdomlig arbetskraft.
Alexanders finansiella reformer förberedde vägen för införandet av guldmyntfoten, vilket genomfördes under de första åren av hans efterföljares regeringstid (1897). Han fortsatte också en politik med intensivt järnvägsbyggande. Här var den största händelsen att den transsibiriska järnvägen lades ner 1891.
Under 1800-talets andra hälft uppstod i intellektuella kretsar en fraktion av så kallade ”slavofiler”. De var övertygade om att Peter den store hade gjort ett misstag när han försökte modernisera och västerlänka landet och att Rysslands räddning låg i att förkasta västerländska idéer. Slavofilerna ansåg att medan västvärlden förorenade sig själv med vetenskap, ateism, materialism och rikedom, borde de återgå till ett enkelt bondesamhälle med den ortodoxa tron i centrum. Regeringen avvisade dessa idéer eftersom den kände ett behov av snabb modernisering.
Det följde att Ryssland, trots att det var ett polyglott imperium med dussintals nationaliteter och språk, var allt annat än vänligt inställt till minoriteters nationalistiska strävanden. Polackerna hade det särskilt dåligt eftersom de hade varit fiender i århundraden och eftersom de hade gjort uppror 1830 och 1863. I takt med att den ryska industrialiseringen gick framåt klarade sig Polen ganska bra, men andra områden som Ukraina förblev efterblivna, ett problem som förvärrades av Alexander II:s klumpiga jordreformer. Judar i det egentliga Ryssland och Ukraina utsattes för svår (och förvärrad) diskriminering, särskilt eftersom de förknippades med antingen polacker eller med revolutionära rörelser. De flesta av de senare var dessutom starkt nationalistiska och omedvetna om minoritetsproblemet. Till och med bolsjevikerna var aningslösa tills de hade tagit makten 1917.
Trots industrialiseringen var Ryssland fortfarande till övervägande del lantligt och efterblivet i början av första världskriget. Moskva och S:t Petersburg var de enda städerna med någon betydande industri. Eftersom de flesta arbetare var färska från jordbruket och helt outbildade kom revolutionens främsta drivkraft från akademiker från medelklassen som var frustrerade över det ryska samhällets ineffektivitet.
Sålunda (med tunga utländska investeringar och tekniskt bistånd) lyckades Ryssland uppnå åtminstone en skenbar industrialisering till 1914. Med detta följde alla de missförhållanden som redan fanns i västvärlden, såsom barnarbete och osäkra arbetsförhållanden. Men medan Storbritannien, USA, Tyskland och andra så småningom lyckades göra sig av med dessa problem hade Ryssland det mycket svårare på grund av otillräcklig infrastruktur och (framför allt) bristen på en hederlig, välutbildad byråkrati. Under 1800-talets senare år växte det fram revolutionära grupper av alla sorter, varav vissa försökte förkasta moderniteten helt och hållet och vrida tillbaka klockan till medeltiden.