В длинной дороге до Петербурга купец придумывает историю о целом заговоре, который якобы подготавливают яицкие казаки во главе с А. А. Овчинниковым и А. П. Перфильевым. Они-де, опираясь на многих своих соратников, готовы схватить и выдать властям самозванца, если царица за это им пожалует по сто рублей каждому. Для убедительности он к тому же сочиняет «из своей головы» для генерал-адъютанта князя Григория Орлова, теперешнего фаворита Екатерины, и послание от яицких казаков. В письме от 324 казаков, полностью вымышленным Долгополовым – от замыслов до подписей под фамилиями, – был изложен план поимки Пугачева.
В столицу купец прибыл 16 июля 1774 года и уже 18 июля явился к Григорию Орлову. Для того чтобы придать рассказу достоверности и «чтобы больше поверили письму», он назвался яицким казаком Астафием Трифоновым. Доклад получился очень достоверным, и Орлов немедля доставил мошенника в Царское Село, где в это время находилась Екатерина Великая.
Императрица безоговорочно поверила рассказу липового казака и одобрила предложенный план. Уж очень ей хотелось поскорее расправиться с наглым самозванцем, который компрометировал ее в глазах просвещенной Европы. Ей, «матери Отечества», необходима была безоговорочная любовь своих чад, чтобы слыть просвещенным монархом. Была создана «Секретная комиссия» по поимке Пугачева во главе с гвардии капитаном А. П. Галаховым и майором Руничем. Их снабдили 32 тысячами рублей золотом, и небольшой отряд отправился к низовьям Волги искать Пугачева.
Конец августа 1774 года был для Пугачева особенно неудачным. В ночь с 24 на 25 августа его настиг один из царских отрядов. У Черного Яра произошло последнее большое сражение противников. Здесь повстанческая армия была окончательно разбита, потеряв более 10 тысяч человек, а сам предводитель с небольшим отрядом приближенных успел скрыться на левом берегу Волги.
А 1 сентября «Секретная комиссия» добралась до Царицына, где и узнала, что остатки мятежников с предводителем бежали в заволжскую степь. После нескольких дней безрезультатных розысков неугомонный Долгополов стал убеждать Галахова выдать ему из отпущенных денег 3100 рублей и разрешить самостоятельный поиск. Командир решил отпустить купца, но только под присмотром надежного человека. Этим человеком оказался молодой поручик Дидрих. Поиск не успел даже толком начаться, как пришло известие, что Пугачева и его отряд выдали властям свои же казаки. Надо было сворачиваться и «Секретной комиссии», что очень не устраивало Долгополова. Возвращаясь из неудачного рейда, купец и поручик решили заночевать в деревушке недалеко от Симбирска. Дидрих после в рапорте писал: «Мы провели вечер со всем порядком и друг ко другу приличным обхождением». Но несмотря на все приличия, утром Дидрих Долгополова в пределах видимости не обнаружил. «Секретная комиссия» по розыску и поимке Пугачева теперь занималась активным розыском и поимкой Долгополова.
2 октября 1774 года купец Астафий Трифонович Долгополов был обнаружен у себя дома в Ржеве, арестован и в колодках доставлен в Санкт-Петербург. Здесь, в Тайной экспедиции Сената, Долгополову пришлось выдержать восемь допросов с пристрастием. Екатерина II лично следила за допросами мошенника, ей хотелось узнать, не связан ли он со ржевскими раскольниками, которые могли, по ее мнению, стать инициаторами и финансистами выступления Пугачева. Но даже дыба не принудила купца говорить правду. Показания он давал уклончивые, противоречивые, а некоторые эпизоды из своих авантюр и вовсе выдумывал.
Затем его перевели в Москву, куда также был доставлен в железной клетке Емельян Пугачев и другие уцелевшие повстанцы. Следственная комиссия на пытки не скупилась, здесь ломались и не такие устойчивые личности. Именно на московских допросах Долгополов дал о себе наиболее правдивые показания. Причастность к ржевским раскольникам отрицал, он «злого умысла против государства и Ея Величества никакого не имел и действовал совершенно самостоятельно». Просто бедный, полуразорившийся купец хотел немного поправить свое благосостояние.
Но бывший попутчик Долгополова к стану Пугачева, башкир Канзафар Усаев, на допросах красок не жалел, а чтобы себя обелить, решил очернить других. Он поведал, что всегда являлся надежным человеком и верным слугой «царю и Отечеству», но только «смущенный речами Долгополова» признал в Пугачеве Петра III. Может быть, Екатерина II и помиловала бы Долгополова, но она не смогла простить ему своей доверчивости. Поэтому жизнь он себе выторговал, а свободу – нет.
29 декабря начался судебный процесс, а через несколько дней была вынесена «Сентенция о наказании смертною казнью изменника, бунтовщика и самозванца Пугачева и его сообщников». Своему кровному врагу – Емельяну Пугачеву – просвещеннейшая из монархов выдумала страшное, воистину средневековое, наказание: «…учинить смертную казнь, а именно: четвертовать, голову взоткнуть на кол, части тела разнести по четырем частям города и положить на колеса, а после на тех же местах сжечь».