Задержание «наследницы» вызвало возмущение в Пизе, Флоренции и Ливорно, Леопольд, герцог Тосканини, резко высказался о нарушении международных прав, его брат Иосиф приказал задержать корабль с пленницей. 26 февраля эскадра снялась с якоря и направилась в Россию. «Княжне» было разрешено оставить при себе горничную и персонального врача. Орлов выехал из Пизы по суше, Христинек немного ранее был направлен в Петербург с донесением о захвате самозванки. В пути «принцесса Владимирская» вела себя спокойно, по-видимому, надеясь на помощь Орлова. Во время стоянки в английском порту, не получившая от Алексея даже письма, девушка забилась в истерике и упала в обморок. Когда пленницу вынесли на палубу для приведения в чувство, та попыталась броситься за борт. Оставшийся отрезок пути прошёл благополучно. 11 мая эскадра прибыла в Кронштадт.
По распоряжению Екатерины II самозванка была передана петербургскому генерал-губернатору фельдмаршалу князю Голицыну для проведения следствия. Пленница с пятью слугами и горничной была доставлена в Петропавловскую крепость. На допросе пленница рассказала, насколько могла подробно, о своём детстве. По сведениям «княжны», до 9 лет она жила в Киле с госпожой Перон или Пере, затем вместе с нянечкой Катериной переехала в Петербург, ожидала поездки в Москву к родителям, но этого не случилось. Вместо Москвы отправили на границу с Персией, где её чуть не отравил Пётр III, после чего с помощью некоего «татарина» вместе с няней перебралась в Багдад к богатому персу Гамету, год спустя уехала к персидскому князю Гали в Исфахан. Князь оплатил её образование под руководством французского учителя Жака Фурнье. Сам опекун часто называл девочку дочерью императрицы Елизаветы. В 1769 году Гали под именем Крымова привёз в Россию «принцессу», выдав за свою дочь; проехав через Германию и Францию, прибыли в Лондон, далее девушка продолжила путешествие в одиночестве, взяв себе имя «принцесса Али» т. е. «дочь Гали».
Пленница поведала о своих планах развивать торговые связи между Россией и Персией, а заодно навести справки о своих родителях и восстановить титул. В соответствии с показаниями «княжны», Радзивилл с большим трудом убедил её ехать с ним в Стамбул, сама же она искренне отговаривала его от политических интриг, отрицая своё родство с Елизаветой, ведь не имела вовсе никаких тому доказательств. Себя дочерью императрицы не называла, притязаний на престол не имела — об этом говорили только в её окружении, хотя сама она придерживалась иного мнения. Все документы, изъятые в Пизе, по заверению пленницы, были доставлены 8 июля 1774 года в Рагузе анонимной посылкой. Екатерина осталась не довольна результатом допроса: «…велите к тому прибавить, что никто ни малейшего не имеет сомнения о том, что она авантюрьерка, и для того вы ей советуйте, чтоб она тону убавила и чистосердечно призналась в том, кто её заставил играть сию роль, и откудова она родом, и давно ли плутни сии примышлены».
ПоIIный допрос не принёс желанных результатов — самозванка своих показаний не меняла, настаивая на своём благородном происхождении, просила встречи с императрицей, упорно отрицала приписываемые ей притязания на престол, писала письма «влиятельным друзьям» с просьбами о помощи. Князь Голицын описал «Елизавету» так: «Её изворотливая душа способна ко великой лжи и обману». Тем временем состояние здоровья заключённой ухудшалось и, по мнению врача, самозванка вот-вот умрёт. После долгих и бессмысленных допросов и очных ставок, Екатерина предложила заключённой освобождение в обмен на признание: девушке предлагалось рассказать правду о своём происхождении, раскаяться в обмане и признать своё простое происхождение; после чего она получила бы свободу и разрешение на брак с Филиппом Лимбургом, если того пожелает.
Заключённая отказалась. Причиной тому, скорее всего, стала привычная для «княжны» атмосфера тайны — она просто не смогла бы жить «обычной женщиной», потому предпочла остаться благородных кровей, пусть и бездоказательно. 4 декабря 1775 года заключённая умерла в Петропавловской крепости, не открыв тайну своего происхождения даже на исповеди. Похоронена во дворе крепости без обрядов и церемоний. Официальная причина смерти — туберкулёз. Свита «княжны» была освобождена, каждый получил по 100 рублей, после подписки о неразглашении подробностей дела. Слуги получили по 50 рублей и некоторые вещи хозяйки. Все были вывезены из России. Не сохранилось ни одного портрета загадочной самозванки. Остались лишь словесные описания, которые, впрочем, очень субъективны. Граф Алексей Орлов описал девушку так: «Росту небольшого, тела очень сухого, лицом ни бела, ни черна, а глаза имеет большие и открытые, цветом тёмно-карие, косы и брови тёмно-русые, а на лице есть и веснушки».
