Первый залп, прогремевший ранним утром 18 июня, не задел оборонительные порядки стрелецких полков, По приказу Шеина для устрашения выстрелы были сделаны над головами мятежников, Стрельцы восприняли этот промах с воодушевлением, бросали вверх шапки и распустили знамена. Ответным огнем из мушкетов и пушек восставшие ранили нескольких солдат. Однако боевой настрой стрельцов быстро пошел на убыль после того, как артиллерия Большого полка нанесла по их позициям прицельный залп. Предводители мятежников стали кричать: «Пойдем против большого полка грудью напролом, и хотя б умереть, а быть на Москве!», После третьего залпа стрельцы попытались атаковать приближавшихся к обозу бутырских и лефортовских солдат, но четвертый залп окончательно расстроил их ряды. Некоторые бросились бежать, большинство сдалось на волю победителей. Сражение продолжалось не более часа. В ходе его было убито 15 стрельцов и около 40 человек получили тяжелые ранения, большей частью смертельные.
Подавив бунт, Шеин приказал провести смотр мятежных полков. Из строя были выведены выборные, руководившие стрельцами в походе, прежние беглецы и «пущие заводчики», на которых указали их же товарищи. Всего для розыска в Воскресенский монастырь было направлено 254 человека. На допросах всех стрельцов нещадно секли кнутом, а самых упорных «подвергли действию огня, чтобы через медленное опаление кожи и больного мяса острая боль проникала с жесточайшими муками до мозга костей и волокон нервов». Пытки происходили на 30 кострах, разведенных на равнине возле монастыря. Здесь же 22 и 28 июня казнили первых 56 главных виновников мятежа, в том числе В.Туму и Б.Проскурякова. 2 июля по приговору бояр были казнены 74 «скорохода», приходившие весной к Москве. Все умирали молча, и никто не сказал о письме царевны Софьи. 140 человек были приговорены к битью кнутом и ссылке в дальние города. Для дальнейшего розыска оставили В.Зорина и еще нескольких стрельцов. Остальных 1965 человек разослали в колодах по тюрьмам окрестных городов и монастырей.
В конце августа из-за границы спешно вернулся царь Петр. Сразу же по приезду он распорядился свезти арестованных стрельцов в Москву для нового следствия. Государь негодовал на чрезмерную мягкость и поспешность боярских приговоров и на одной из пирушек в ярости набросился со шпагой в руке на боярина А.С.Шеина. К середине сентября в столицу доставили первую группу из 164 человек. Главных зачинщиков Петр повелел распределить по дворам знати для особо тщательной охраны. Сановным «тюремщикам» предписывалось «держать их окованых на чепах, на ногах кандалы, заклепав наглухо, на руках железы. А быть у тех стрельцов на карауле по два человека солдат, да из лутчих своих людей по три человека, кому мочно верить. И смотреть им боярам и окольничим и думным людем над теми караульными солд атами и над своими людьми накрепко с великим береже-нием, чтоб они не ушли или какова над собою дурна не учинили. А поить их и кормить надсматривать и ествы и питие надкушивая, чтоб в питье и в естве для отравы какова зелья не положить».
Повторный кровавый розыск, который возглавил лично государь, начался в Преображенском 17 сентября. Первые же допросы с применением самых изощренных пыток дали нужные результаты. Наиболее важным д\я царя стало признание В.Зорина о желании стрельцов видеть на царстве государыню Софью Алексеевну. Основываясь на показаниях Зорина и его товарищей, Петр написал пять вопросных «статей», по которым дознаватели должны были допрашивать остальных бунтовщиков. Стрельцов распределили по группам и разместили в десяти застенках. Вести дальнейшее следствие было поручено стольнику князю Ф.Ю.Ромодановскому, боярам: князю М.А.Черкасскому, князю И.Б.Троекурову, князю Б.А.Голицыну, князю В.Д.Долгорукому, князю П.И.Прозоровскому, Т.Н.Стрешневу, А.С.Шеину; окольничему князю Ю.Ф.Щербатому и думному дьяку Н.М.Зотову.
Согласно инструкции следователи, прежде всего, выясняли имена стрельцов, призывавших рубить бояр и иноземцев, а также просить царевну Софью вновь стать правительницей. Устанавливались возможные связи подследственных с политическими противниками Петра и, особенно, с членами царской семьи. Большинство стрельцов упорно стояло на том, что шли они в столицу ради свидания с семьями и челобитья о жалованье, и ни о каком бунте не помышляли. Некоторые ссылались на свое «малолетство» или говорили, что шли «за страхованием» от других стрельцов. Пятидесятник А.Маслов и некоторые другие признались по всем главным пунктам обвинения и сообщили о тайном послании Софьи стрельцам в Великие Луки. Эти показания дали материал для начала следствия среди приближенных царевен Софьи и Марфы Алексеевны. Были допрошены и сами государыни, но в своих связях с мятежными стрельцами они так и не признались.