Kariera wojskowa nie była zgodna z zainteresowaniami najstarszego z braci (jako dziecko nie interesował się polowaniami, organizowanymi przez członków rodziny, zwracając większą uwagę na zwierzęta gospodarskie). Do korpusu kadetów został przyjęty w wieku 10 lat razem z Wasilijem (o trzy lata młodszym). Obaj zostali kadetami Korpusu Aleksandryjskiego w grudniu 1849 roku, a w sierpniu następnego roku – do Morskiego Korpusu Kadetów im. Piotra Wielkiego w Sankt Petersburgu. W czasie wojny krymskiej (1853–1856) kilkunastoletni podchorąży Nikołaj Wierieszczagin służył na parowej kanonierce w Kronsztadzie. W roku 1859 otrzymał zgodę Generalnego Admirała (zob. Konstanty Romanow) na podjęcie – „w przeciwieństwie do innych” – studiów na Wydziale Fizyki i Matematyki Uniwersytetu Petersburskiego (kierunek – nauki przyrodnicze), jako oficer marynarki i wolny słuchacz. Studia ukończył w roku 1864.