Однако российским посланцам не составило особого труда открыть новое местопребывание царевича, и они стали уговаривать его вернуться: обещали ему отцовское прощение, подкупили вокруг царевича всех, вплоть до вице-короля Неаполя, самого царевича запугали, что он непременно будет убит, если не вернется; запугали и уговорили повлиять на царевича его любовницу Ефросинью. Австрийским властям пригрозили военным вторжением, и императорский наместник в Неаполе доказывал царевичу, что лучше добровольно покориться родителю. Довершили успех дела уговоры Ефросиньи. В первых числах октября царевич отправил родителю письмо, в котором раскаивался в своих поступках и просил прощения. Царевича ввели в Большой зал Кремлевского дворца как преступника, без шпаги. Приблизившись к царю, он вручил ему признание вины своей и со слезами на глазах бросился отцу в ноги. Государь отдал бумаги вице-канцлеру П. П. Шафирову и, подняв сына, спросил, чего он хочет.
В Москве и Санкт-Петербурге начались аресты, названных царевичем лиц брали ночью и сразу же заковывали в кандалы и ошейник. С дыбы и с кнута добывали у них имена единомышленников, пособников и свидетелей. Давно уже застенки Преображенского приказа не видели такого скопления арестантов, и царь Петр удовлетворенно кивал: вот они, изменники, попались наконец-то!
Все месяцы, пока шел розыск, царевич так напивался, что в народе пошел слух, будто он помешался. Ни единым словом он ни за кого не вступился и только благодарно смотрел на отца за то, что его самого оставили в живых. Наказав виновных по суздальскому делу, Петр I весной 1718 года повелел царевича и тех, кто еще не был допрошен по вновь открывшимся на них подозрениям, перевезти в Санкт-Петербург и произвести над ними суд. В вещах Ефросиньи нашли черновики писем Алексея к Сенату и духовенству, а на розыске она показала:
Царевича Алексея арестовали и посадили в Трубецкой бастион Петропавловской крепости, но целую неделю Петр не решался приступить к расправе. Он обещал простить сына и сохранить ему жизнь, и данное слово связывало царю руки. А раз так, пусть приговор вынесут другие люди, которые осудят царевича как изменника. Но духовные власти неохотно приступили к этому делу: сколько лет царь не спрашивал их мнения, а тут вдруг требует совета. И для чего? Чтобы их устами осудить собственного сына. Поэтому архиереи ответили уклончиво: привели цитаты из Ветхого завета о наказании непокорного сына, а также слова Иисуса Христа, советовавшего простить блудного сына. Но гражданские судьи оправдания царевича признали неудовлетворительными и объявили, что обязаны выполнить свой долг: невзирая на то, что царевич — сын их всемилостивейшего государя, допросить его