Во второй половине марта Петр с двором и царевичем переехал из Москвы в Петербург и там продолжал розыск по делу Алексея Петровича, который был совершенно подавлен этим розыском и думал утопить горе в вине. В апреле воротилась Евфросинья с братом Иваном и служителями царевича. Последний в день Святой Пасхи на коленях умолял Екатерину исходатайствовать ему брак с возлюбленной, но тщетно. Очевидно, несчастный все еще надеялся на отцовское помилование. Служители его немедля подверглись пыткам и расспросам. Вместе с другими арестованными лицами посаженная в Петропавловскую крепость, Евфросинья разрешилась от бремени. Тогда ее также привлекли к розыску, но без пыток, во-первых, ей были обязаны возвращением царевича, а во-вторых, она почти ни в чем не запиралась и давала на все откровенные показания, нисколько не жалея своего обожателя.

Допросы касались главным образом бегства, заграничного пребывания и письменных сношений его как с иноземными покровителями, так и со своими сторонниками в России. Евфросинья передала даже интимные разговоры, которые царевич иногда вел с нею об отце, о своих сторонниках, о своих намерениях и надеждах. Например, он выражал намерение, когда станет государем, то будет жить зиму в Москве, а лето — в Ярославле, Петербург же оставит простым городом, также и корабли держать не будет, а войско только для обороны, ибо войны ни с кем не хотел и т. п. По поводу воли Петра учинить наследником сына-младенца говорил: «Надеется отец мой, что жена его, а моя мачеха умна, а когда, учиня сие, умрет, то будет бабье царство! И добра не будет, а будет смятение: иные станут за брата, иные за меня». Показания Евфросиньи повели за собою новые, большею частью письменные допросные пункты самому Алексею: в отписках своих он отчасти сознавался, отчасти запирался.

Домогательства врагов царевича добыть уничтожающие его показания, таким образом, увенчались успехом. На их основании установлено было, что он не искренно отказывался от престолонаследия, а в действительности очень желал наследовать и не прочь был искать для того иноземной помощи, например цесарской; рассчитывал и на внутреннюю смуту, т. е. на массу недовольных петровскими жестокостями и преобразованиями, особенно на духовенство и даже на армию, и хотя никакого злодеяния не замышлял против отца, но ожидал скорой его смерти на основании разных соображений, например частых недомоганий, видений и прорицаний.

Великий Преобразователь с свойственной ему плодовитостью в мае и июне сочинил по сему поводу несколько обращений к народу, к духовным и гражданским чинам. Главный смысл сих обращений заключался в том, что хотя он и обещал царевичу прощение, но будто бы под условием чистосердечного и полного во всем признания и раскаяния, а так как Алексей не исполнил сего условия, то прощение ему не в прощение. 14 июня он был взят под караул и посажен в Петропавловскую крепость, в Трубецкой раскат, где устроен был и пыточный застенок. Призванные дать свое мнение архиереи и другие духовные лица с митрополитом Стефаном Яворским во главе на сей раз дали достойный духовенства ответ в таком смысле: если государь захочет наказать сына, то найдет соответствующие тому примеры в Ветхом Завете, а если соблаговолит помиловать, то имеет тому образец в самом Христе, который сказал: «Милости хощу, а не жертвы». Чины гражданские и военные прежде, нежели дать ответ, решили непосредственно допросить в сенате как самого царевича, так и других подсудимых, т. е. Авраама Лопухина, Федора Дубровского, Никифора Вяземского, князя Василия Долгорукого и протопопа Якова Игнатьева. Лопухин, Дубровский, Игнатьев допрашивались под жестокими пытками. Ничего нового от них не узнали, повторялись все те же слухи и разговоры.

Кажется, розысками, московским и петербургским, пыточный материал для обвинений был уже собран в достаточном количестве. Но врагам Алексея Петровича этого было мало, ни его пострижение в монахи, ни его заключение их не удовлетворяли: им нужно было извести его, чтобы впоследствии он никоим образом не мог явиться претендентом на престол. И они решили извести его простым способом: пытками. Хотя царевич в конце концов сознался почти во всех возводимых на него обвинениях, тем не менее по приказу царя 19 июня 1718 года его привели в застенок и стали спрашивать: правду ли он показал на многих людей, т. е., собственно, на сказанные тем или другим слова, не поклепал ли кого? Например, правда ли, что «царевна Марья ведала о его побеге и говорила, что в (народе) осуждают отца, будто он мясо ест в посты и мать (Алексея) оставил». Или: правда ли, что князь Василий Долгорукий говорил: «Давай-де отцу писем хоть тысячу, когда-де что будет». Или: правда ли, что на исповеди он сказал своему духовнику Якову Игнатьеву, что желает отцу смерти, а тот ответил: «Бог тебя простит; мы-де и все желаем ему смерти». И такие «правда ли» повторяются почти о всех оговоренных лицах. Несчастного царевича вздернули на дыбу и отсчитали ему 25 ударов, чтобы получить от него подтверждение всех его показаний. Не довольствуясь тем, Петр спустя три дня посылает в крепость Толстого допросить царевича, по какой причине он не слушался отца и не боялся за то наказания, а наследия престола добивался «не послушанием, но иною дорогою». Как ни странны были подобные вопросы после стольких розысков и пыток, Алексей Петрович пишет на них ответы со ссылками на дурное влияние попов и чернецов, на свое злонравие и на свою преступную надежду получить вооруженную помощь от цесаря. Очевидно, если записи показаний верны действительности, царевич с отчаяния или по принуждению сам писал на себя все, что от него требовали его враги, только бы его более не мучили. Тщетная надежда. 24 июня его опять повели в застенок и дали 15 ударов, снова поставили вопросы: «Все ли написал правду, не поклепал ли кого, не утаил ли чего?»

Меж тем Петр назначил для него Верховный суд из 127 человек. Сюда вошли знатнейшие чины, начиная с князя Меншикова, генерал-адмирала графа Апраксина, канцлера графа Головкина, кончая капитанами и поручиками, из коих некоторые были совсем неграмотные. Верховный суд 24 июня единогласно приговорил царевича к смертной казни, что согласовалось, конечно, с волею самого царя.

Казалось бы, Петру оставалось или всем заведомо исполнить смертный приговор, или смягчить наказание, или совсем помиловать. Но он не сделал ни того, ни другого, ни третьего. Спустя два дня после приговора, а именно 26 июня в 7-м часу пополудни, царевич скончался. Таково было официальное известие. Но как и почему скончался, о том строго сохранялась непроницаемая тайна. А вследствие тайны было дано широкое поле для всякого рода слухов и догадок. Поэтому и явилось такое разнообразие в известиях современников и ближайшего потомства о смерти царевича. Так, ганноверский резидент Вебер в своем известном труде (Das Veranderte Russland) дает сентиментальный рассказ о том, что объявление смертного приговора вызвало у царевича апоплексический удар, что царь посетил умирающего сына, снисходя к его мольбам, дал ему прощение и благословил и ушел, заливаясь слезами. Австрийский резидент Плейер доносил своему начальнику, что царевичу отрубили голову мечом или топором. Голландский резидент Яков де Би доносил своему правительству, что Алексей Петрович умер от растворения жил. Английские записки Генриха Брюса сообщают, что ему поднесен был напиток с ядом. Сомнительное письмо Александра Румянцева к Д.Н.Титову повествует, как он, Румянцев, вместе с Бутурлиным, Толстым и Ушаковым задушили подушкою царевича по приказу царя. Наконец, в одном французском издании XVIII столетия приведено известие, будто сам царь топором отрубил голову сыну. Все приведенные сейчас известия о смерти Алексея более или менее недостоверны. Настоящий свет на эту трагическую кончину проливает «Записная книга С.-Петербургской гарнизонной канцелярии». Она лаконически отмечает, что 26 июня в 8-м часу пополуночи в крепости собрались сам царь, князь Меншиков, князь Долгорукий, Головин, Апраксин, Мусин-Пушкин, Стрешнев, Толстой, Шафиров и Бутурлин. «И учинен был застенок». В 11 часов власти разъехались, а в 6-м часу пополудни царевич Алексей Петрович преставился. В полном согласии с сим известием находятся «Поденныя записки делам князя Меншикова», которые говорят о том, как этот день провел светлейший, однако без упоминания о застенке. Во всяком случае более чем вероятно: царевич подвергся третьему пыточному розыску, и на сей раз смертельному. Чего еще, каких признаний от него могли добиваться его судьи и палачи, хотя и придумали новые вопросные пункты по поводу его выписок из Барония? Конечно, добивались уже не признания, а самой смерти. Только эта смерть могла упрочить наследие престола за маленьким сыном Екатерины и успокоить опасения за свою будущую судьбу как Екатерины, так и Меншикова. Тогда как первая показывала вид печали, последний даже не скрывал своего удовольствия после кончины царевича. Сам Петр по наружности оставался равнодушным, а на следующий день, 27 июня, день Полтавской победы праздновал дневным пиром и вечерними увеселениями. Тело царевича 28-го числа вынесли из крепости в ближний деревянный Троицкий собор. А 29-го Петр праздновал свои именины спуском нового корабля и пиром до поздней ночи. 30-го наконец торжественно похоронили Алексея в крепостном Петропавловском соборе рядом с его супругой Шарлоттой.