Через два месяца Пётр распорядился начать поиски беглеца. Капитану гвардии А. Румянцеву становится известно его местонахождение, что вынуждает царевича и Ефросинью прятаться еще дальше в Неапольском замке Сент-Эяльм. Но и там Алексея находят царские слуги. 24 сентября 1717 г. туда прибывает тайный советник П. А. Толстой и капитан А. Румянцев, а 3 октября, во время пятой беседы, всеми правдами и неправдами они получают от Алексея согласие вернуться в Санкт-Петербург. Ему обещают прощение отца и даже разрешение жениться на Ефросинье, которая была на четвертом месяце беременности.
Съездив в расположенный недалеко от Неаполя город Бари, и поклонившись там мощам «святого чудотворца» Николая Мирликийского, Алексей 14 октября отправился на родину. Ефросинья сначала ехала вместе с ним, но потом отстала, чтобы продолжить путь неспешна и не подвергать себя опасности выкидыша или неблагоприятных родов. Алексей же с дороги писал ей письма, в которых выказывал за нее беспокойство.
31 января 1718 г. царевича Алексея доставляют в Москву, а через три дня он предстает перед отцом. В присутствии духовенства и светских вельмож беглец на коленях молил царя простить ему его преступление, что ему было обещано при двух условиях: он должен будет отказаться от наследственных прав на престол в пользу своего брата-младенца и выдать всех людей, причастных к бегству. Пётр, конечно, здесь проявил хитрость, дав Алексею поверить в возможность благополучного исхода всей этой истории. Для царя было вполне очевидно, что царевич только одним своим присутствием представляет опасность для его преобразований.
Отречение состоялось сразу же в Успенском соборе Кремля, а на следующий день Алексей Петрович давал развернутые показания об обстоятельствах своего побега. По этим показаниям в Преображенский приказ, прежде всего, были доставлены его главные сообщники – бывший учитель, Никифор Вяземский, бывший царский денщик Александр Кикин, камердинер Иван Афанасьев и дьяк Фёдор Воронов. Свободы передвижения лишается князь Василий Долгорукий (победитель булавинского бунта). Привлечен к делу был Ростовский епископ Досифей «за лживые его на Святых видения и пророчества и за желательство смерти Государоевой и за прочие вины»43. Вслед за ними на допросах и пытках оказались более пятидесяти человек.