В селе Троекурово Тамбовской епархии проживал известный в то время подвижник Иларион. Александр Михайлович пришел к нему за советом, и старец сказал ему: «Иди в Оптину пустынь – и будешь опытен.» Александр Гренков прибыл в обитель 8 октября 1839 года. Первое время он переписывал книгу «Грешных спасение», был келейником старца Льва и его чтецом. В монастырской пекарне варил хмелины (дрожжи), пек булки. В 1840 году его перевели в скит, где он был помощником повара целый год. Старец Лев дал ему прозвище «Химера» (под этим словом он подразумевал пустоцвет, который бывает на огурцах), но другим про него говорил: «Великий будет человек».
После смерти старца Льва брат Александр стал келейником старца Макария (1841–1846). В 1842 году он был пострижен в мантию и наречен Амвросием (в честь святителя Амвросия Медиоланского; память 7 декабря). Затем последовало иеродиаконство (1843), а через два года – рукоположение в иеромонахи. Здоровье отца Амвросия в эти годы сильно пошатнулось. «Монаху полезно болеть, – любил повторять старец Амвросий, – и в болезни не надо лечиться, а только подлечиваться».