Не желая лично принимать роковое решение, Пётр 24 июня обратился к духовенству и членам особой комиссии, составленной из светских лиц, с одним вопросом: «Какого наказания заслуживает царевич?» Духовенство отвечало уклончиво, хотя и призывало к отпущению грехов и помилованию, светские же чины, в количестве 127 человек, обязанные Петру своей карьерой и положением в обществе, единогласно проголосовали за смертную казнь. Каким образом следовало умертвить, суд отдал на рассмотрение отца.
Существуют сведения, что, уже после вынесения смертного приговора, Пётр приехал в Трубецкой Бастион, чтобы еще раз пытать сына. По одним данным, при последней пытке были Пётр, Меньшиков и другие сановники. По другим – только сам Пётр и его особо доверенный человек, генерал-аншеф А.А. Вейде.
В истории Руси такого еще не было, чтобы казнили царского сына или сына великого князя. Кроме того, были опасения и в самой процедуре публичной смертной казни члена царской семьи и наследника престола. Как отреагирует церковь и духовенство? Какой резонанс будет в Европе? Наиболее желательным исходом всего мероприятия для Петра было бы незаметное исчезновение царевича. Это и произошло 26 июня в застенках Трубецкого Бастиона.
Трагическая смерть царевича Алексея вызвала у современников и позднейших поколений разноречивые слухи и догадки. Одни утверждали, что царевич умер после, или не выдержав, пытки, в которой участвовал сам Пётр, который хотел допытать шведскую направленность; другие предполагали смерть от яда, или задушен или умер от волнения. Пушкин, например, изучавший историю Петра, писал, что царевич умер отравленным. Окончательная версия гласила, что царевич «от кровянаго пострела умер»50, то есть от апокалиптического удара.
Желая показать, что смерть Алексея для него ровно ничего не значит, Пётр на следующий же день после казни сына пышно отпраздновал девятую годовщину победы над Полтавой. 29 июня государь праздновал свои именины, присутствовал на спуске корабля.
Тело царевича, перенесенное из Петропавловской Крепости, лежало в церкви Святой Троицы. 30 июня, вечером, оно было предано земле в Петропавловском соборе, рядом с гробом кронпринцессы. За гробом царевича «изволил высокою своею особою идти его царское величество… а за его царским величеством шли… генерал-фельдмаршал святейший князь Меншиков и министры и сенаторы и прочия персоны… а потом изволила идти ея величество государыня царица; а за ея величеством госпожи вышеописанных знатных персон жены»