Положение царицы было ужасным: чтобы спасти себя, она должна была отдать на растерзание собственного брата – другого исхода для нее не было. Заливаясь слезами, она отправилась с Софьей в дворцовую церковь и приказала привести туда брата. Когда он явился, его причастили и соборовали, а потом объявили стрельцам, что Иван Нарышкин найден. Стрельцы вбежали в церковь и, не обращая внимания на царицу и царевну, схватили Нарышкина и поволокли его в застенок для пытки. Насладившись его мучениями в застенке, они вынесли свою жертву на Красную площадь и здесь подняли его на копья.
Чтобы успокоить мятежников, Софья выдала каждому по десять рублей и заплатила недополученное стрельцами за несколько лет жалованье. Этими мерами она так расположила их к себе, что они были готовы поддержать ее во всем. Князь Хованский составил им челобитную, которую они подали Софье. В своей челобитной стрельцы просили, чтобы впредь государством правили два царя – Иоанн и Петр, со старшинством Иоанна. Софья передала челобитную стрельцов на обсуждение Боярской думе, которая из страха перед мятежниками тоже высказалась в пользу двоевластия. Но через три дня стрельцы подали новую челобитную, в которой выражали желание, чтобы за малолетних братьев-царей государством правила Софья. Напуганные бояре согласились и на это.
Так Софья сделалась правительницей государства. Во всех царских указах ее имя стали писать рядом с именами царей.
Вскоре после этого стрельцы обнаружили намерение разрешать не только вопросы о форме государственной власти, но и религиозные вопросы. Они приняли участие в борьбе старообрядцев-раскольников с «никонианской церковью». По настоянию стрельцов были устроены «прения о вере», в которых защитником старообрядчества выступил Никита Пустосвят. Во время прений раскольники, чувствуя за собой вооруженную силу, держали себя вызывающе, поносили царей Алексея и Федора. Прения окончились полным поражением раскольников, но они не признали его и, выйдя на площадь, закричали народу: «Победили! Победили!» Софья, увидев, как далеко зашли стрельцы в своих притязаниях, решила в зародыше подавить этот новый мятеж. По ее приказанию Никита Пустосвят и его сообщники были схвачены и казнены. На всех раскольников это подействовало отрезвляюще.
Скоро Софья переменила свое отношение и к самим стрельцам. Их главный начальник, князь Хованский, по приговору Боярской думы, утвержденному правительницей, был арестован и казнен.
Из дел внешних этого времени самым важным были походы любимца правительницы, князя В. В. Голицына, в Крым. При Софье московское правительство решило принять участие в борьбе европейских государств с Турцией. В 1684 году в Москву прибыло австрийское правительство просить Софью «помочь против турецкого султана, отнять у него правую руку – Крым!». Предложение Австрии было сочувственно принято, так как вполне соответствовало желаниям самого московского правительства. Весной 1687 года в Крым была двинута 100-тысячная армия под главным начальством князя В. В. Голицына. 17 июля эта армия остановилась на берегах реки Карачакрак, так как идти дальше было невозможно: татары выжгли всю степь, и русской армии приходилось двигаться в удушливом дыму. В армии начались повальные болезни, и Голицын был вынужден вернуться. Но в 1696 году он предпринял второй поход в Крым, выступив на этот раз из Москвы в марте, чтобы избежать зноя и пожаров. Армия благополучно дошла, почти нигде не встречая врага, до Перекопского перешейка, защищенного валом и башнями, но проникнуть в Крым Голицын не решился. Он опять вернулся в Москву, не причинив врагу никакого вреда. Бесславные походы в Крым сильно уронили авторитет Голицына в глазах московского правительства, несмотря на все старания Софьи возвеличить своего любимца как героя.
Еще в 1687 году у Софьи появилось намерение венчаться на царство самодержицей, но оно не было осуществлено, так как не нашло поддержки у стрельцов. В 1689 году правление Софьи потеряло всякое оправдание и в глазах народа, так как Петр после женитьбы на Гвдокии Федоровне Лопухиной (27 января 1689 года), по мнению всех, становился совершеннолетним и уже не нуждался в какой-либо опеке над собой.