Между тем царевич Алексей, как и положено царским детям до пятилетнего возраста, рос в тереме московского дворца, окруженный многочисленным штатом «мамок». Весь штат подбирался с особым старанием. Как писал беглый подьячий Григорий Котошихин, автор знаменитого сочинения «О России в царствование Алексея Михайловича»: «Да у того же царевича бывают приставлены для досмотру мамка, боярыня честная, вдова старая, да нянька и иные прислужницы». К одной из таких «мамок» — Ульяне Степановне Собакиной Алексей сохранил привязанность на всю жизнь. Уже выросший, он будет справляться в своих письмах к сестрам о ее здоровье.
Алексей Михайлович с детства был наставлен и крепко утвержден в православной вере и благочестии. Это было нравственное воспитание в страхе Божьем. Уже с трех-четырех лет царевич упражнялся в молитвах, участвовал в службах, отправлялся с семьей на богомолье.
В пять лет он был отдан на попечение в «мужские руки». В 1634 г. он покинул царицыну половину и переселился в специальные покои. Отныне все мамки, няньки, кормилицы, постельницы уже не окружали и не ублажали его. Ответственным за воспитание и обучение наследника, для «бережения и научения», был поставлен Борис Иванович Морозов — «дядька» царевича. В товарищи ему был назначен родственник царицы Василий Иванович Стрешнев. Оба сразу были пожалованы в новые чины — Морозов в бояре, Стрешнев в окольничие. Выбор показателен и свидетельствует о степени доверия, которое питал Михаил Федорович к воспитателям, особенно к Морозову. Сверстник царя Михаила, Б. И. Морозов был взят в 1614 году «на житье» во дворец в качестве царского спальника и в дальнейшем выполнял многие поручения царя, находясь у него в милости.
С этого времени царевича стали обучать грамоте. Из учителей царевича более всего известен Григорий Львов, получивший позднее чин думного дьяка и возглавивший Посольский приказ. Повзрослев, Алексей Михайлович сохранит чувство благодарности к своему учителю. Традиционное обучение начиналось с чтения. Пятилетний царевич сел за Азбуку. Покончив через год с первой учебной книгой, царственный ученик принялся за обязательный Часослов, содержавший литургические тексты суточных служб, часть которых выучивалась наизусть. За Часословом последовал Псалтырь. А в мае 1636 г. царевич приступил уже к Деяниям Апостолов — последней книге начального обучения. Высокие темпы обучения свидетельствовали о прилежании Алексея Михайловича и отменных способностях. Когда ему было 11–12 лет, у него уже была собственная маленькая библиотека. Из книг, ему принадлежавших, упоминаются, между прочим, лексикон и грамматика, изданные в Литве, а также космография.
В семь лет царевич Алексей начал обучаться письму, а на восьмом году — церковному песнопению. Около двух лет ушло на изучение ежедневных и праздничных служб. Позднее Алексей Михайлович станет даже писать распевы, дав позднейшим исследователям повод причислять себя к мастерам этого жанра.
Общий надзор за обучением Алексея Михайловича осуществлял «дядька» Б. И. Морозов. Помимо контроля он должен был предуготовлять своего питомца к нелегкой науке царствовать. Обучение царевич окончил примерно к 14 годам. В целом его образование носило традиционный характер. Но и по окончании обучения Алексей Михайлович не утратил интереса к книгам и стал «книжным человеком». Уже без всякого принуждения он много и постоянно читал и считался одним из немногочисленных московских интеллектуалов. Также к числу его добродетелей современники относили знание премудрых философских наук и военного дела.
Жизнь царевича, впрочем, не сводилась только к одному обучению. Игрушки, игры и потехи — вот с чем столкнулся Алексей возможно ещё до того, как его усадили за Азбуку. Выдающийся исследователь И. Е. Забелин ввел в широкий оборот перечень игрушек царевича и время их появления, что позволяет проследить формирование его детских увлечений и пристрастий. Одной из первых игрушек Алексея Михайловича стала потешная лошадка. Эту традицию дарить игрушечного коня некоторые исследователи связывают с древним дружинным обычаем сажать мальчика на живого коня. В таком понимании это символизировало бы предуготовление к будущему. Как бы там ни было, по отзывам современников, возмужав, Алексей Михайлович стал лихим наездником.
Любопытно, но среди игрушек царевича Алексея было много обыкновенных, если можно так выразиться, «простонародных» игрушек, что свидетельствовало о близости быта царского в ту пору к быту народному.
Отец царевича Михаил Федорович был большим поклонником охоты, в связи с чем решил приобщать к ней с юных лет и своего сына. Хорошо известно, каким заядлым поклонником «красной соколиной охоты» стал Алексей Михайлович. Забава эта пробудила интерес ко всяким птицам, включая и певчих, которых держали в клетках в покоях Алексея Михайловича.
Были у царевича и свои собственные музыканты. Для самого царевича были сделаны дубовые палочки к барабану. С семи лет Алексей Михайлович начинает упражняться в игре в шахматы.