Пока мятежники имели успех, Донское войско держало себя нерешительно и выжидало событий. Главный его атаман Корнило Яковлев, будучи противником мятежа, однако, действовал осторожно и так ловко, что уцелел от ярых, беспощадных клевретов Разина и в то же время вел негласные сношения с московским правительством. Когда в сентябре 1670 года на Дон пришла новая царская грамота с увещанием о верности и прочитана была в казацком кругу, Яковлев попытался уговаривать братьев-казаков, чтобы они отложили свою дурость, покаялись и по примеру отцов своих служили великому государю верой и правдой. Домовитые поддержали было атамана и хотели уже выбрать станицу, чтобы послать ее в Москву с повинной. Но сторонники Разина еще составляли сильную партию, которая и воспротивилась этому выбору. Прошло еще два месяца. Весть о поражении и бегстве Стеньки немедленно изменила положение на Дону. Корнило Яковлев явно и решительно начал действовать против мятежников и нашел дружную поддержку в среде домовитых. Напрасно Стенька рассылал своих клевретов; никто не шел к нему на помощь. В бессильной злобе своей он (по словам современного акта) несколько захваченных противников сжег в печи вместо дров. Напрасно он явился со своей шайкой и хотел лично действовать в Черкасске; его не впустили в город и заставили уйти ни с чем. Этот случай, однако, побудил войскового атамана Яковлева отправить в Москву станицу с просьбой о присылке войска на помощь против мятежников. В Москве, по распоряжению патриарха, в неделю Православия наряду с другими богоотступниками провозгласили громогласную анафему Стеньке Разину. Донцам ответили приказом чинить промысел над Стенькою и доставить его в Москву; а белгородскому воеводе князю Ромодановскому велено отправить на Дон стольника Косогова с тысячью отборных рейтар и драгун. Но прежде, нежели подоспел Косогов, Корнило Яковлев с Донским войском подступил к Кагальницкому городку. Воровские казаки, видя, что на Дону дело их совсем проиграно, большей частью покинули своего атамана и бежали в Астрахань. 14 апреля 1671 года городок был взят и сожжен. Попавшие в плен сообщники Разина перевешаны; только он с братом Фролкой под сильным конвоем живыми доставлены в Москву.
Одетый в рубище, на телеге с укрепленной на ней виселицей, прикованный к ней цепью, знаменитый разбойничий атаман въехал в столицу; брат его бежал за телегой, также привязанный к ней цепью. Народные толпы с любопытством смотрели на человека, о котором было столько тревожных слухов и всяких толков. Злодея привезли на Земский двор, где думные люди подвергли его обычному розыску. Иностранные известия говорят, будто во время сего розыска Стенька еще раз показал железную крепость своего тела и своего характера: он вытерпел все самые жестокие способы пыток и ничего не отвечал на обращенные к нему вопросы. Но известия эти не совсем верны: Разин отвечал кое-что и, между прочим, говорил, будто Никон присылал к нему монаха. 6 июня на Красной площади он с видом бесчувствия встретил свою лютую казнь: его четвертовали, а части тела растыкали на кольях на замоскворецком так называемом Болоте. Брат его Фролка, закричавший, что у него есть государево слово и дело, получил отсрочку и был казнен спустя несколько лет.
Московское правительство не преминуло воспользоваться обстоятельствами, чтобы стеснить донскую вольность и более прочными узами закрепить войско за государством. Стольник Косогов привез на Дон милостивую царскую грамоту, денежное и хлебное жалованье, а также боевые припасы. Но вместе с тем он привез и требование присяги на верную службу великому государю. Молодые и менее значные казаки попытались было противоречить в казачьих кругах, но старые взяли верх, и 29 августа донцы, с войсковым атаманом Семеном Логиновым во главе, приведены были священником к присяге по установленному чину, в присутствии стольника и дьяка. После того войску предложено было идти на помощь воеводам против астраханских мятежников. Но прежде, нежели оно собралось в поход, в Астрахани дело с мятежом было покончено.