En février 1808, une guerre russo-suédoise éclate et se termine par le rattachement de la Finlande à l'Empire Russe après le traité de Fredrikshamn (17 septembre 1809). En 1812, Alexandre met fin à une guerre qui l'opposait à l'Empire ottoman depuis 1806 par le traité de Bucarest.
Malgré ces succès, le début des années 1810 n'est pas prospère pour la Russie : le blocus continental est désastreux pour son économie et le Tsar renie ses engagements de Tilsit et d'Erfurt. Il refuse de rétablir le blocus malgré les avertissements de Napoléon, qui lui déclare la guerre le 22 juin 1812. Commence alors une invasion du pays par une armée forte de près de 700 000 hommes; face au repli systématique des troupes russes qui pratiquent la tactique de la "terre brûlée", la Grande Armée, après avoir triomphé du général Koutousov à la Moskowa et occupé Moscou un long mois, doit retraiter vers l'Ouest en octobre.
Réfugié à Saint-Petersbourg, Alexandre avait refusé pendant tout le mois de septembre puis d'octobre la paix que lui proposait Napoléon. Après la retraite de Russie, les armées du Tsar, vite rejointes par la Prusse et l'Autriche, entament l'offensive sur les positions françaises en Europe centrale : c'est la Campagne d'Allemagne. Malgré une sévère défaite à Dresde où Alexandre est présent en personne, les coalisés sont vainqueurs à Leipzig le 19 octobre, ayant fait ployer la Grande Armée sous le nombre.

Alexandre poursuit l'offensive en France et, après être entré dans Paris après une dure Campagne de France, il reçoit le 4 avril les maréchaux Ney (pour lequel il a une grande affection), Macdonald et le général Caulaincourt, pour négocier l'abdication de l'Empereur. C'est le Tsar qui propose la souveraineté de l'île d'Elbe, concession que Caulaincourt appuiera vigoureusement auprès des coalisés.
Durant l'occupation de la capitale par les troupes coalisées (principalement des Cosaques), Alexandre loge chez Talleyrand, Rue Saint-Florentin, jusqu'au 12 avril, ayant refusé de s'installer aux Tuileries. Il profite de son séjour de deux mois à Paris pour visiter la capitale et rendre visite à son ancien précepteur La Harpe : en passant devant les Invalides, il fait la connaissance des pensionnaires et finit par renoncer à son projet d'hôpital réservé aux blessés russes. Il rencontre ensuite l'impératrice Marie-Louise puis se rend à la Malmaison où il séjourne plusieurs jours. D'abord défavorable au retour des Bourbons et de la monarchie (il qualifie Louis XVIII "d'homme le plus insignifiant d'Europe"), il finit par s'y résigner.
Il prend part au Congrès de Viennne et reprend les hostilités envers la France au retour de l'île d'Elbe : sous les ordres du général Barclay de Tolly, plus de 200 000 Russes sont envoyés en Belgique soutenir la coalition, mais ne participent pas à la victoire finale. A Vienne, le Tsar propose la mise en place d'une Sainte-Alliance entre la Russie, la Prusse et l'Autriche; alliance qui durera véritablement jusqu'à sa mort en 1825. Entre-temps, Alexandre devient roi de Pologne (1815), où il est acclamé par la noblesse.