Семья Николеньки переезжает в Москву. За четыре дня поездки мальчик увидел множество «новых живописных мест и предметов». Когда извозчик позволил Николеньке некоторое время править лошадьми, он почувствовал себя совершенно счастливым. В один из жарких вечеров в дороге их застала сильная гроза. Николенька восхищен и одновременно боится буйства стихии, его переполняют эмоции: «Душа моя улыбается так же, как и освеженная, повеселевшая природа». Сидя в бричке, Николенька и Катя обсуждают, что по приезде в Москву будут жить у бабушки. Мальчику кажется, что сестра отдаляется от них, на что Катя отвечает: «нельзя же всегда оставаться одинаковыми; надобно когда-нибудь и перемениться».
Он сознаёт всю неутешность горя бабушки после смерти любимой дочери, до слез радуется, что находит в себе силы простить старшего брата после глупой ссоры. Ещё одна поразительная для Николеньки перемена заключается в том, что он со стыдливостью замечает волнение, которое вызывает в нем двадцатипятилетняя горничная Маша. Николенька убеждён в своей уродливости, завидует Володиной красоте и изо всех сил старается, хотя и безуспешно, убедить себя в том, что приятная наружность не может составлять всего счастья жизни. Николенька «был только годом и несколькими месяцами моложе Володи», но именно в это время мальчик начинал понимать различия между ним и братом. Володя «во всем стоял выше» Николеньки, братья постепенно отдаляются друг от друга. И Николенька пытается найти спасение в мыслях о гордом одиночестве, на которое, как ему кажется, он обречён. Бабушка узнает о том, что мальчики игрались с порохом. Женщина считает, что это недочет воспитания и, уволив гувернера-немца Карла Иваныча, заменяет его «молодым щеголем французом». Перед отъездом Карл Иваныч рассказал Николеньке, что его судьба была несчастлива с самого детства. Гувернер был внебрачным сыном графа фон Зомерблат, поэтому отчим его не любил. В 14 лет Карла отдали учиться к сапожнику, а затем ему пришлось пойти в солдаты вместо брата. Мужчина попал в плен, откуда ему удалось сбежать. Затем Карл долгое время проработал на канатной фабрике, но, полюбив жену хозяина, сам покинул привычное место. В Эмсе Карл Иваныч знакомится с генералом Сазиным, который помогает ему уехать в Россию. После смерти генерала его наняла гувернером мать Николеньки. За годы службы Карл Иваныч очень привязался к своим воспитанникам.
С новым гувернёром-французом у Николеньки отношения не складываются, он сам не понимает порой своей дерзости в отношении воспитателя. Ему кажется, что обстоятельства жизни направлены против него. Случай с ключиком, который по неосторожности он ломает, непонятно почему пытаясь открыть папин портфель, окончательно выводит Николеньку из душевного равновесия. Решая, что все специально ополчились против него, Николенька ведёт себя непредсказуемо — ударяет гувернёра, в ответ на сочувственный вопрос брата: «Что с тобой делается?» — кричит, как все гадки ему и отвратительны. Его запирают в чулан и грозят наказать розгами. Всю ночь Николенька провел в чулане, и только на другой день его перевели в маленькую комнату. Вскоре St.-Jérôme отвел мальчика к бабушке. Женщина заставляет внука попросить прощения у гувернера. Однако Николенька, расплакавшись, отказывается извиниться, чем доводит бабушку до слез. Выбежавшего от бабушки мальчика встречает возмущенный отец – он заметил поломку ключа. Николай, жалуясь на гувернера, пытается все объяснить, но его рыдания переходят в конвульсии и он теряет сознание. Обеспокоенные здоровьем мальчика домашние простили его. Однако после случившегося Николай возненавидел Сен-Жерома. Все боятся за его здоровье, но после двенадцатичасового сна Николенька чувствует себя хорошо и легко и даже рад, что домашние переживают за его непонятную болезнь. Николенька наблюдает за «занимательным и трогательным романом» Маши и Василия. Дядя девушки запрещает им жениться, отчего влюбленные очень страдают. Николенька искренно сочувствовал печали Маши, но «никак не мог постигнуть, каким образом такое очаровательное создание, <…> могло любить Василья». Николенька много времени проводит в размышлениях о назначении человека, бессмертии души, человеческом счастье, смерти, идеях скептицизма.
Володя готовится к поступлению в университет. Николенька завидует брату. Володя отлично сдает экзамены, становится студентом. Теперь он «уже один в собственном экипаже выезжает со двора, принимает к себе своих знакомых, курит табак, ездит на балы». Николенька радуется поступлению Володи в университет и завидует его взрослости. Он замечает изменения, которые происходят с братом и сёстрами, наблюдает, как у стареющего отца появляется к детям особенная нежность, переживает смерть бабушки — и его оскорбляют разговоры о том, кому же достанется её наследство...
Николенька сравнивает Катеньку и Любочку, отмечая, как девочки изменились. «Катеньке шестнадцать лет; она выросла» и кажется мальчику больше «похожей на большую». Любочка же совсем другая – она «во всем проста и натуральна». Отец Николая выигрывает крупную сумму, начинает чаще наведываться к бабушке. В один из вечеров, когда Любочка играла на фортепиано «мамину пьесу», Николенька особенно остро замечает сходство между сестрой и матерью. Умирает бабушка. «Несмотря на то, что дом полон траурных посетителей, никто не жалеет о ее смерти», кроме горничной Гаши. Через шесть недель стало известно, что свое имение бабушка оставила Любочке, назначив опекуном не отца, а князя Ивана Ивановича. До поступления в университет Николеньке остаётся несколько месяцев. Он готовится в математический факультет и учится хорошо. Стараясь избавиться от многих недостатков отрочества, Николенька считает главным из них склонность к бездеятельному умствованию и думает, что эта склонность принесёт ему в жизни много вреда. Таким образом в нем проявляются попытки самовоспитания. К Володе часто приходят приятели — адъютант Дубков и студент князь Нехлюдов. Николенька все чаще разговаривает с Дмитрием Нехлюдовым, они становятся друзьями. Настроенность их душ кажется Николеньке одинаковой. Постоянно совершенствоваться самому и таким образом исправить все человечество — к такой мысли приходит Николенька под влиянием своего друга, и это важное открытие он считает началом своей юности. Николай и Дмитрий дают «себе слово никогда ни с кем и ничего не говорить друг о друге». Юноша очень быстро перенял идеализированные взгляды Нехлюдова – считал возможным «исправить все человечество, уничтожить все пороки и несчастия людские». «А впрочем, Бог один знает, точно ли смешны были эти благородные мечты юности, и кто виноват в том, что они не осуществились?..»