В 1791 году 18-летний Николай Демидов приступает к управлению заводами, но сначала совместно с опекунами. Над молодым заводовладельцем и в 22 года все еще была опека. Если внук основателя династии заводчиков Никита Акинфиевич Демидов проживал в год по 26 тысяч рублей, то его сын Николай Никитич повысил свой личный расходный бюджет до 170 тысяч. В результате у камергера двора уже к 1795 году накопилось столько долгов, что, несмотря на ожидаемые большие доходы с заводов, дефицит по балансу этого года на выплату долгов предвиделся в 840 тысяч рублей. Ему угрожало банкротство. Женитьба Николая Никитича на богатой невесте баронессе Е. А. Строгановой (умерла в 1818 году) помогла ему выйти из финансовых затруднений и позволила увеличить и без того громадные богатства.
Выйдя в отставку, оставив военную службу, Николай Никитич отправился в заграничное путешествие. В 1802 году он осматривает известные заводы в Англии, Германии, Франции, на острове Эльба и нигде не упускает случая знакомиться с успехами горнозаводского дела, чтобы перенять лучшее для своих заводов.
В 1806 году он сам приезжал в Нижнетагильск «для постановки правил правления заводами». Желая подготовить опытных мастеров, хозяин за свой счет отправил более ста человек крепостных в Англию, Швецию и Австрию для изучения специальных отраслей горнозаводской техники. Нижнетагильский завод, на котором трудились многие замечательные мастера, считался в то время лучшим по всему хребту Уральских гор.
За период владения Н. Н. Демидовым заводским хозяйством больших количественных изменений не произошло. Число заводов было прежним. Выплавка металла оставалась на уровне конца XVIII века, так как уральское железо вытеснялось с мирового рынка более дешевым из передовых стран, главным образом из Англии, а внутренний рынок не мог поглотить все возрастающую массу металла. При дальнейшем сокращении производства железа в 30-е годы (до 300 тысяч пудов) Демидовы увеличили добычу золота до 35 пудов и меди до 60 тысяч пудов в год. Общий объем продукции в рублях возрос вдвое.
Да6ы не впадать в традиционные оценки Демидовых, отбирая одни лишь отрицательные факты о них, справедливости ради надо привести характеристику отношений Н. Н. Демидова к своим подданным, данную Р. М. Рябовым в середине прошлого века. Автор исторических очерков сообщает «множество примеров отеческих попечений» Николая Никитича о благосостоянии заводов: введение безденежной выдачи провианта малолетним и престарелым людям, постоянная раздача помощи нуждающимся — около 5000 рублей в год, преимущественные против других заводов платы за работу, особые награды, поощрения к прививке предохранительной оспы и ко введению посева картофеля, отпуск по заводским ценам железа тем, кто хотел строить каменные дома, покупку лучших лошадей, холмогорских быков и коров для улучшения пород домашнего скота в заводском округе.
Николай Никитич скончался в 1828 году, завещал похоронить себя в Тагиле. Сын его Павел Николаевич построил здесь Выйско-Никольскую церковь, ставшую усыпальницей рода Демидовых. Тогда же в Тагиле, на заводской площади, перед горным управлением соорудили бронзовый памятник Н. Н. Демидову, отлитый в Париже. Теперь его нет.
Хотя последние годы Н. Н. Демидов жил особенно роскошно и, не жалея средств, покровительствовал ученым и художникам, однако за счет успешного ведения дел на Урале, в Америке, Франции и других странах оставил своим наследникам имущества почти вдвое больше по сравнению с тем, что сам получил от отца. Сыновьям Павлу и Анатолию достались громадные владения, занимавшие обширную площадь в 6,7 тысячи кв. км. Кроме заводов, в наследство входило пять морских судов, коллекция драгоценных предметов стоимостью свыше миллиона рублей.
После перехода заводом к сыновьям Николая Никитича фактическое участие в управлении ими вначале мог принимать только 30-летний Павел Николаевич, поскольку Анатолию было всего 16 лет. Старший жил в отцовском особняке на набережной Мойки в Петербурге, а младший, закончив лицей Наполеона, находился безвыездно в Париже.
При вступлении в наследство Павел Николаевич издал приказ по Петербургской конторе именовать ее впредь Главной, а управляющего делами величать директором Главной конторы. Управитель же Нижнетагильского округа с этих пор стал директором Нижнетагильских заводов. Им в то время был А.А. Любимов.
В 1830 году егермейстер царского двора Павел Николаевич Демидов получил разрешение государя на поездку на Урал. В Нижнем Тагиле готовили торжественную встречу. В жестокий декабрьский мороз встречали его с хоругвями, колокольным звоном всех церквей и пушечными выстрелами.
На другой день новый хозяин отправился осматривать свои заводы. Он их раньше никогда не видел, ничего в производстве не смыслил и ходил по фабрикам и цехам со скучающим видом. Зато преобразился, когда его стали знакомить со зданиями Главного управления Нижнетагильских заводов, заводского госпиталя, с домом своих предков и семью православными церквями. Заинтересовал Павла Николаевича Входо-Иерусалимский собор. Многие иконы, расписанные крепостными художниками, вызвали восхищение. Он пожелал увидеть мастеров по камню и живописцев.
Управляющий повел заводчика в специальную художественную мастерскую, которая вела начало с живописной школы 1806 года. Павел Николаевич решил, что крепостные художники не хуже иностранных, но дешевле, а в обработке камня и в художественном литье превзошли многих. Сразу хозяин приказал Любимову отправить более способных в столицу. Там он полагал использовать их мастерство не только для украшения собственного дома, но и государственных зданий. В частности, Исаакиевского собора, на отделку которого везли из Нижнего Тагила гранит, мрамор, малахит и яшму, золото и другие драгоценные металлы, камни. Павел Николаевич подарил Николаю I в 1836 году огромную малахитовую ротонду — восемь колонн, соединенных куполом, внутренняя поверхность которого отделана лазуритом. Мозаичный пол ротонды выложен уральскими самоцветами. Этот малахитовый храм сейчас украшает аванзал Зимнего дворца.
Старший сын Николая Никитича жил в столице, имел там несколько домов - дворцов. Богатый заводовладелец пристрастился к игре в карты и выигрывал людей, обеспечивая уральские заводы работниками. В то время это признавалось даже за особенную хозяйственность и заботу о собственных владениях. Село Шайтанка было заселено крестьянами, выигранными у помещиков Рязанской и Черниговской губерний. В 1833 году, когда в селении Черноисточинского завода начали строить православную церковь, согнали сюда выигранных в карты 600 мужчин и 700 женщин.
Павел Николаевич женился поздно, за четыре года до кончины, на фрейлине императорского двора Авроре Карловне, шведке во национальности. Она, по воспоминаниям современников, была одной из красивейших женщин в Петербурге. Свадьба состоялась 9 ноября 1836 года. Недолгая супружеская жизнь молодоженов проходила в Петербурге, в балах и развлечениях. Но при этом П.Н. Демидов широко занимался благотворительностью.
Еще будучи губернатором в Курске, он прослыл благодетелем Во время холеры 1831 года построил там четыре больницы, за его счет был воздвигнут памятник поэту И.Ф. Богдановичу. Павел Николаевич был не чужд искусству, увлекался античной археологией, стал почетным членом Академии наук и искусств в Ареццо и Сиене. Ему посвящен один из лучших путеводителей того временя по Риму, написанный в 1838 году крупным итальянским археологом Антонио Нибби, который сопровождал П.Н. Демидова во время осмотра римских античных памятников. И все-таки наиболее известен он как учредитель знаменитых Демидовских премий.края.
17 апреля 1832 года в большом конференц-зале Петербургской академии наук собрались известные ученые, важные сановники. Состоялось торжественное событие — первое присуждение новой академической премии, учрежденной год назад уральским заводчиком П.Н. Демидовым. Учредитель ее ежегодно вносил в Академию наук по 20 тысяч рублей ассигнациями «на награды за лучшие по разным частям сочинения о России» и по 5 тысяч «на издание увенчанных академиею рукописных творений». По оставленному завещанию и после смерти Павла Николаевича деньги на эти цели поступали в течение 25 лет. Премии делились на полные — по 5 тысяч рублей и половинные — по 2,5 тысячи. За все время их существования (1832—1865) было рассмотрено 903 сочинения, из них премии получили: полные — 55, половинные — 220, отмеченные почетными отзывами — 127.
На пятом году существования научной награды, широко известной в России под названием Демидовских премий, ее учредитель Павел Николаевич Демидов ходатайствовал перед Петербургской Академией наук о присуждении оной Н.В. Гоголю за комедию «Ревизор».
Место Демидовских премий в культурной жизни России было весьма весомым. Учредитель собрал «под одной крышей» и маршалов науки, и ее талантливых рядовых.
Анатолий Николаевич Демидов родился во Флоренции, скончался в Париже, на Урале не бывал. Большую часть жизни провел в Европе. Наследником он стал в 16 лет, заводскими делами занимался его старший брат Павел. В это время Анатолий учился, потом вел жизнь светского человека, сорил деньгами, прослыл меценатом, приумножил коллекцию отца, собрал и свою в Италии и в Париже. Он вел дружбу со многими художниками и скульпторами.