Алексей спешно собрался и бежал вместе со своей возлюбленной, девицей Ефросиньей, в Вену. Австрийский император сначала отнесся к нему очень участливо и помогал ему скрываться от разыскивавших его по следам агентов Петра. Тогда последний стал угрожать Австрии войной, если сын не будет выдан ему, и добился выдачи. Граф Толстой привез царевича и Ефросинью в Москву. Здесь, 3 февраля 1718 года, Алексей Петрович в присутствии членов Сената и Синода подписал отречение от престола. Отец обещал ему полное прощение, если он чистосердечно сознается во всем и назовет лиц, по совету которых бежал. Царевич указал несколько таких лиц, и над ними было назначено следствие, раскрывшее, что у Алексея было много единомышленников, с которыми он мечтал, сделавшись царем, «перевести» всех отцовских любимцев и набрать новых советников, жить в Москве, а не в Петербурге. Кроме того, расследование выяснило, что приверженцы Алексея замышляли поднять войска против Петра и что мать царевича, Евдокия Федоровна, была осведомлена об этих замыслах. Раздраженный всем этим, Петр казнил замешанных в заговоре лиц, Евдокию сослал в Новую Ладогу, а сыну объявил, что берет обратно свое прощение, и предал его, как государственного преступника, суду высших сановников. Расследовав дело, этот суд приговорил царевича к смерти. Но Алексей Петрович, измученный тяжелыми нравственными потрясениями и физическими страданиями, скончался раньше дня, назначенного для казни, 27 июня 1718 года.
Смерть Алексея лишила Петра единственного сына; у царя остались только две дочери от Екатерины – Анна и Елизавета, внук Петр Алексеевич, сын умершего царевича, и племянницы, дочери царя Иоанна V, Екатерина и Анна.
Само дело Алексея вызвало в 1722 году издание закона о престолонаследии; согласно ему, престол переходил не по старшинству, а по назначению царствующего государя, который может назначить своим преемником кого угодно, а также может во всякое время и лишить престола избранное лицо, если оно окажется недостойным. Этот закон имел в истории одни лишь отрицательные последствия и в 1797 году был отменен императором Павлом. Сам Петр не воспользовался им и умер, не назначив себе преемника. Можно предполагать, что у царя было намерение передать престол супруге Екатерине Алексеевне; за малолетством внука, Петра Алексеевича, больше и некому было передать его. С этой, по-видимому, целью Петр в 1724 году с особой торжественностью короновал Екатерину императрицей, как бы желая подтвердить в глазах народа ее заслуги перед государством и царем-супругом, давая ей право наследовать верховную власть.
Прежде чем изложить обстоятельства, сопровождавшие кончину Петра, следует описать личность этого замечательнейшего монарха в истории всех времен и народов, тем более что характер Петра наложил глубокий отпечаток и на произведенные им реформы.
Петр был почти саженного роста, и, христосуясь на Пасхе, очень часто должен был наклоняться до боли в спине. Такому росту соответствовала и физическая сила царя. Он легко гнул подковы, свертывал в трубку серебряную тарелку и разрубал морским кортиком кусок сукна, подброшенный в воздух. Очень подвижный по характеру, он во время торжественных обедов часто вскакивал с места и быстро выходил в другую комнату, чтобы размяться и принять участие в танцах. Легко усваивая всякое новое ремесло, он не мог оставаться праздным, когда другие работали, и поэтому его руки постоянно что-нибудь строгали, выпиливали, рубили. Он собственноручно изготовил множество стульев, посуды, шлюпок, табакерок. Кроме того, Петр считал себя хорошим зубным врачом и хирургом. Но больше всего царь любил кораблестроение, и современники считали его лучшим корабельным мастером в России. Он восхищался морем, приписывая морскому воздуху целебное действие на свое здоровье.