Августейшие паломники побывали в Вифлееме, храме Гроба Господня, Гефсиманском саду и на Елеонской горе. В память об этом визите турецкий султан Абдул-Меджид I передал в дар России участок земли к северо-западу от Иерусалима. Тогда же Александр II выделил средства для начала строительства здания возобновлённой в 1857 г. Русской Духовной миссии в Иерусалиме. С 1857 г. Константин Николаевич был членом Секретного (с 1858 г. – Главного) комитета по крестьянскому делу, с 1860 г. – его председателем. Так же, как и великая княгиня Елена Павловна, был убеждённым сторонником освобождения крестьян от крепостной зависимости и передачи им в собственность за выкуп земли, которой они пользовались. Добился утверждения комитетом основных положений проекта крестьянской реформы, подготовленного Редакционными комиссиями, решительно отстаивал их в Государственном совете. После начала крестьянской реформы 1861 г. назначен председателем Главного комитета об устройстве сельского состояния. Во время революционных событий в Царстве Польском Константин Николаевич настоял на своём назначении наместником императора в крае (27 мая 1862 г.). На следующий день после прибытия Константина Николаевича в Варшаву (21 июня 1862 г.) на него было совершено покушение, которое закончилось неудачей. Тем не менее, Константин Николаевич поддержал программу реформ, выдвинутую с целью умиротворения края начальствующим гражданской частью Царства Польского графом Александром Игнацием Велёпольским. Местные органы управления Царством Польским были изъяты из подчинения центральным ведомствам Российской империи, русские чиновники заменялись польскими, польский язык введён в официальное делопроизводство. В ряде польских губерний было отменено военное положение, объявлена амнистия для части политических ссыльных. Но эта политика не дала ожидаемых результатов; покушения на представителей власти и беспорядки переросли в Польское восстание 1863–1864 гг. Константин Николаевич с опозданием ввёл военное положение в Царстве Польском и допускал его нарушение. Император Александр II, крайне недовольный деятельностью Константина Николаевича, в марте 1863 г. назначил командующим войсками в Царстве Польском генерала от инфантерии Фёдора Фёдоровича Берга, а в октябре 1863 г. отстранил Константина Николаевича от должности. Являясь председателем Государственного совета (1865–1881 гг.), Константин Николаевич последовательно отстаивал либеральные принципы при обсуждении Временных правил о печати 1865 г., Городового положения 1870 г., закона о всеобщей воинской повинности 1874 г. и др.