Вечером, приехав в Зимний дворец от родителей, Тютчева узнала, что положение царя практически безнадежно, что у него «поднялась подагра» и близится «паралич легких». Во время перешептываний фрейлин об этом в комнату вошел смертельно бледный, осунувшийся цесаревич. Он пожал всем дамам руки и, сказав упавшим голосом: «Дела плохи», быстро удалился. В ночь на 18 февраля во дворце никто не спал. По полуосвещенным коридорам и лестницам, как тени, шныряли люди, шепотом передававшие друг другу страшные вести из маленького кабинета в нижнем этаже, где лежал умирающий император. Вся семья собралась вокруг его кровати. Он поговорил отдельно с каждым из своих детей и внуков, и, благословивши их, сказал: «Напоминаю вам о том, о чем я так часто просил вас в жизни: оставайтесь дружны». Потом продолжил: «Теперь мне нужно остаться одному, чтобы подготовиться к последней минуте. Я вас позову, когда наступит время». Семья удалилась в соседнюю комнату, а при умирающем осталась только жена, старший сын и доктор Арндт.
В течение нескольких последующих часов государь принял некоторых родственников и ближайших сподвижников, вызвал нескольких гренадеров и поручил им передать прощальный привет их товарищам. Цесаревичу Николай Павлович велел проститься за него с гвардией, армией и особенно с защитниками Севастополя: «Скажи им, что я и там буду молиться за них, что я всегда старался работать на благо им. В тех случаях, где это мне не удалось, это случилось не от недостатка доброй воли, а от недостатка знания и умения. Я прошу их простить меня». В 5 часов утра император сам продиктовал депешу в Москву, в которой сообщал, что умирает и прощается со старой столицей. Через несколько часов государь Николай Петрович скончался.
А. Ф. Тютчева дважды описывает прощание с покойным императором. Первое состоялось вскоре после его кончины. Фрейлина пишет: «Двери из императорских покоев распахнулись, и нам сказали, что мы можем подойти к покойному и проститься с ним… Император лежал поперек комнаты на очень простой железной кровати. Голова покоилась на зеленой кожаной подушке, а вместо одеяла на нем лежала солдатская шинель. Казалось, что смерть настигла его среди лишений военного лагеря, а не в роскоши пышного дворца… Руки были скрещены на груди, лицо обвязано белой повязкой… Я поцеловала руки императора, еще теплые и влажные, и не ушла, а встала около стены у изголовья и оставалась тут, пока проходила толпа, прощаясь с покойником. Я долго, долго смотрела на него, не сводя глаз, словно прикованная тайной, которую излучало это красивое и спокойное лицо».
Но уже 19 февраля на первой панихиде Тютчева увидела совсем другого Николая, лежавшего на той же кровати, но уже одетого в кавалергардский мундир. Ее поразили застывшие черты и свинцовый оттенок его лица. На следующий день тело было забальзамировано, и лицо страшно изменилось. 21 февраля Тютчева пишет: «Пришлось закрыть лицо государю. Говорят, оно сильно распухло. Бальзамирование произведено неудачно, и тело начинает разлагаться. Запах очень ощутителен». Наконец 6 марта императора Николая I похоронили.
Внезапная смерть царя в разгар Крымской войны оказалась полной неожиданностью не только для народа, но и для его ближайшего окружения. А быстрота, с которой его тело было предано земле, вызвала в обществе недоумение. Ведь, по обычаю, было положено выставлять тело умершего государя на шесть недель, чтобы дать возможность людям приехать издалека и поклониться его праху. Говорили, что будто бы сам Николай перед смертью пожелал сократить этот срок до трех недель, но и он был не выдержан – тело погребли через 16 дней. В связи с этим в обществе не могли не распространяться всевозможные слухи. Действительно обстоятельства ухода императора из жизни были весьма подозрительны. Это и легкий грипп с внезапным летальным исходом, и быстрое разложение тела, и поспешные похороны, не подобающие для первого лица в государстве. Все это породило в народе упорные слухи об отравлении императора. 19-летний студент Н. Добролюбов в рукописной газете «Слухи» замечал: «Разнеслись слухи о том, что царь отравлен, что оттого и не хотели его бальзамировать по прежнему способу, при котором, взрезавши труп, нашли бы яд во внутренностях… Слух этот произвел очень различное впечатление: одни радовались, другие удивлялись, третьи говорили, что так и должно быть поделом ему, мошеннику. Но особенно замечательно, как сильно принялось это мнение в народе, который, как известно, верует в большинстве, что русский царь и не может умереть естественно, что никто из них своей смертью не умер».