«Взрыв бомбы произошел приблизительно в 2 часа 45 минут. Он был слышен в отдаленных частях Москвы. Особенно сильный переполох произошел в здании суда. Заседания шли во многих местах, канцелярии все работали, когда произошел взрыв. Многие подумали, что это землетрясение, другие, что рушится старое здание суда. Все окна по фасаду были выбиты, судьи, канцеляристы попадали со своих мест. Когда через десять минут пришли в себя и догадались, в чем дело, то многие бросились из здания суда к месту взрыва. На месте казни лежала бесформенная куча, вышиной вершков в десять, состоявшая из мелких частей кареты, одежды и изуродованного тела. Публика, человек тридцать, сбежавшихся первыми, осматривала следы разрушения; некоторые пробовали высвободить из под обломков труп. Зрелище было подавляющее. Головы не оказалось, из других частей можно было разобрать только руку и часть ноги. В это время выскочила Елизавета Федоровна в ротонде, но без шляпы, и бросилась к бесформенной куче. Все стояли в шапках. Княгиня это заметила. Она бросалась от одного к другому и кричала: „Как вам не стыдно, что вы здесь смотрите, уходите отсюда“. Лакей обратился к публике с просьбой снять шапки, но ничто на толпу не действовало, никто шапки не снимал и не уходил. Полиция же это время, минут тридцать, бездействовала, — заметна была полная растерянность. Товарищ прокурора судебной палаты, безучастно и растерянно, крадучись, прошел из здания мимо толпы через площадь, потом раза два на извозчике появлялся и опять исчезал. Уже очень нескоро появились солдаты и оцепили место происшествия, отодвинув публику».
Официальный источник так описывает смерть великого князя:
«4 февраля 1905 года в Москве, в то время, когда великий князь Сергей Александрович проезжал а карете из Никольского дворца на Тверскую, на Сенатской площади, в расстоянии 65 шагов от Никольских ворот, неизвестный злоумышленник бросил в карету его высочества бомбу. Взрывом, происшедшим от разорвавшейся бомбы, великий князь был убит на месте, а сидевшему на козлах кучеру Андрею Рудинкину были причинены многочисленные тяжкие телесные повреждения. Тело великого князя оказалось обезображенным, причем голова, шея, верхняя часть груди с левым плечом и рукой, были оторваны к совершенно разрушены, левая нога переломлена, с раздроблением бедра, от которого отделилась нижняя его часть, голень и стопа. Силой произведенного злоумышленником взрыва кузов кареты, в которой следовал великий князь, был расщеплен на мелкие куски, и кроме того были выбиты стекла наружных рам ближайшей к Никольским воротам части зданий судебных установлений и расположенного против этого здания арсенала».
Из Якиманской части Каляева перевели в Бутырскую тюрьму, в Пугачевскую башню. Через несколько дней его посетила жена убитого им Сергея Александровича, великая княгиня Елизавета Федоровна.
«Мы смотрели друг на друга, — писал об этом свидании Каляев, — не скрою, с некоторым мистическим чувством, как двое смертных, которые остались в живых. Я — случайно, она — по воле организации, по моей воле, так как организация и я обдуманно стремились избежать излишнего кровопролития.
И я, глядя на великую княгиню, не мог не видеть на ее лице благодарности, если не мне, то во всяком случае судьбе, за то, что она не погибла.
— Я прошу вас, возьмите от меня на память иконку. Я буду молиться за вас.
И я взял иконку.
Это было для меня символом признания с ее стороны моей победы, символом ее благодарности судьбе за сохранение ее жизни и покаяния ее совести за преступления великого князя.
— Моя совесть чиста, — повторил я, — мне очень больно, что я причинил вам горе, но я действовал сознательно, и если бы у меня была тысяча жизней, я отдал бы всю тысячу, не только одну.
Великая княгиня встала, чтобы уйти. Я также встал. «Прощайте, — сказал я. — Повторяю, мне очень больно, что я причинил вам горе, но я исполнил свой долг, и я его исполню до конца и вынесу все, что мне предстоит. Прощайте, потому что мы с вами больше не увидимся».