Великий князь отнюдь не был прожигателем жизни. «По внутреннему своему миру, – писал В.П. Мещерский, – он был образован, любознателен, восприимчив и предпочитал свою собственную домашнюю жизнь придворной».
Царь высоко ценил его качества, наделив своего племянника множеством обязанностей. Любимым из них для герцога было президентство в Императорском Санкт-Петербургском минералогическом обществе, что отвечало и его научным интересам. Он много занимался исследованиями в области химии и кристаллографии минералов и горных пород, участвовал в научных экспедициях по центральным губерниям России и Уралу. Им опубликован на эти темы ряд серьёзных научных работ. Один из найденных им минералов в его честь носит название лейхтенбергит.
Долгое время плотные завесы тайны окутывали любовную связь герцога и «всесильной Надин». Они удачно использовали чрезмерную занятость делами канцлера и то, что Горный департамент находился на Дворцовой площади, в здании Главного штаба. По счастливой случайности здесь же располагалась и казённая квартира Александра Михайловича Горчакова. Удачно распутывавший злонамеренные происки недругов России на внешнеполитической арене, князь узнал о сопернике лишь спустя четыре года, когда герцог заявил о своём желании жениться на Надежде Сергеевне.
Для канцлера это было потрясением, равносильным шоку от разорвавшегося рядом снаряда.
Но сильный характером Горчаков сумел справиться с мучившими его переживаниями и не только простить измену своей любимой, но даже хлопотать перед императором о разводе Надежды Сергеевны с мужем, чтобы она имела возможность выйти замуж за герцога Лейхтенбергского.
Уговорить мужа согласиться на бракоразводный процесс и, чтобы он взял на себя вину о якобы совершённом им прелюбодеянии, удалось лишь, выплатив ему 120 тысяч рублей (огромная по тем временам сумма). Кроме того, пришлось подкупить и двух свидетелей.
Дальнейшая судьба любовников заслуживает своего захватывающего романа с трагическими перипетиями. Весь царский двор восстал против их женитьбы. Они решают выехать из России. Но последовал секретный запрет: «всесильной Надин» не выдавать паспорт для поездки за границу. Положение усугублялось тем, что Надежда ожидала ребёнка. Наконец, не без помощи канцлера она получает паспорт и выезжает из страны.