Следственный комитет, составленный из преданнейших Николаю слуг, вёл работу под бдительным наблюдением императора. Арестованных водили в Эрмитаж с завязанными глазами и снимали повязку только перед столом следователей. После устного допроса давались письменные вопросы, ответы на которые арестованный писал уже в месте своего заключения. Всего по делу декабристов было привлечено около 600 человек.
Суд над декабристами происходил при закрытых дверях и в глубокой тайне. Пятеро главных участников были поставлены «вне разрядов» и первоначально приговорены к четвертованию. Но даже Николай счел неудобным удивить Европу столь средневековой казнью и заменил ее повешением.
В ночь на 13 июля 1826 г. на кронверке Петропавловской крепости при свете костров устроили виселицу и рано утром вывели приговоренных Пестеля, Рылеева, Муравьева-Апостола, Бестужева-Рюмина, Каховского. На груди у них висели доски с надписью «цареубийцы», руки и ноги были закованы в тяжелые кандалы. Пестель был так изнурен, что не мог переступить высокого порога калитки, и стража вынуждена была приподнять его и перенести через порог.
Утро было мрачное и туманное. Казнь не прошла гладко. Впоследствии начальник кронверка Петропавловской крепости рассказывал:
Донесение петербургского генерал-губернатора:
Всех прочих декабристов вывели во двор крепости, разместили в два каре: в одном были гвардейцы, а в другом — офицеры армии и не военные. Огласили приговоры. Декабристы были разжалованы, лишены чинов и дворянства; при этом исполнялся особый обряд: над головой осужденного ломали его шпагу, срывали с него эполеты и мундир и бросали в огонь тут же разложенных костров. Моряков-декабриотов отвезли в Кронштадт и в то же утро исполнили над ними приговор на флагманском корабле адмирала Кроуна: мундиры и эполеты были сорваны и брошены в воду. Один из декабристов позже написал в своих воспоминаниях, что царизм старался истребить первое проявление русского свободолюбия всеми четырьми стихиями: огнем, водой, воздухом и землей.
121 декабриста сослали на каторгу и поселение в Сибирь, разжалованных в рядовые — на Кавказ.
К числу казненных надо прибавить еще насмерть забитых палками солдат, принимавших участие в восстании или революционной агитации перед восстанием. Некоторые из них были прогнаны сквозь строй в 1000 человек 12 раз, т. е. получили 12 тыс. ударов. В числе этих солдат были Фёдор Анойченко, Фёдор Николаев, Алимпий Борисов, Прокопий Никитин и Михей Шутов.
Полки, участвовавшие в восстании, были расформированы. Штрафной Черниговский полк отправлен на Кавказ — на фронт военных действий.
В Выборге, в остроге, расположенном на территории Аннинских укреплений, содержалось 293 человека: 257 солдат лейб-гвардии Гренадерского полка, 13 солдат лейб-гвардии Московского полка и 23 матроса Морского гвардейского экипажа.