Бездорожье сделало передвижение семьи из Раненбурга на север, в Соловки, крайне медленным. 9 ноября арестованные прибыли в город Холмогоры Архангельской губернии, где решили зимовать в доме архиерея. Судьбе было угодно, чтобы он стал последним приютом для принцессы Анны и её мужа (принц Антон Ульрих скончался 4 мая 1776 г.).
19 марта 1745 г. Анна Леопольдовна родила сына Петра, а 27 февраля 1706 г. — Алексея. 7 марта 1746 г. она умерла от послеродовой горячки («огневицы»).
После смерти принцессы Анны в действие вступила секретная инструкция Елизаветы Петровны на имя В.А. Корфа от 29 марта 1745 г.: «…ежели по воле Божией случится иногда из известных персон кожу смерть, особливо же принцессе Анне или принцу Иоанну, то, учиня над умершим телом анатомию и положа в спирт, тотчас то мёртвое тело к нам прислать с нарочным офицером».
По весенней распутице из Холмогор двинулось две подводы. На первой ехал подпоручик Измайловского полка Писарев, на второй, нагоняя ужас на охрану, плавало в спирту тело бывшей правительницы России. Руководителям страны требовались неопровержимые доказательства её смерти, чтобы избежать интриг и заговоров.
Анна Леопольдовна была похоронена 4 марта 1746 г. в Благовещенской церкви Александро-Невской лавры рядом с бабкой, царицей Прасковьей Фёдоровной, и матерью, Екатериной Ивановной. Над её могилой была установлена белая мраморная плита, сохранившаяся до сих пор.
По поводу течения последней болезни императрицы Елизаветы Петровны В. Рихтер ссылается на находящиеся в архиве собственноручные донесения лейб-медика Я.Ф. Монсея, опубликованные также в прибавлениях к «Санкт-Петербургским ведомостям» 28 декабря 1761 г.: «Ещё с прошедшего (1760) года монархиня подвержена была болезненным припадкам в груди, опухоли в ногах, вообще оказались все признаки завалов в животе. Простуда, последовавшая 17 ноября 1761 года, имела следствием лихорадочные припадки, которые пресеклись 1 декабря. Но с 12 числа того же месяца в 11 часов вечера началась рвота с кровью, которая с великой силой возобновилась и на другое утро в пять часов. Хотя врачи сначала почитали болезнь сию неправильным волнением крови, происходящим от геморроидов, но при кровопущении весьма изумились, находя в крови воспаление. Последнее явление служит им некоторым образом извинением касательно кровопускания, учинённого ими при опухолях в ногах (видимо, в то время при отёках нижних конечностей кровопускания не рекомендовались. —
22 декабря последовала новая и сильная противу прежнего рвота с кровью, и императрица скончалась 25-го того же месяца в три часа пополудни. Врачи, пользовавшие монархиню в последней болезни её, были лейб-медики Мунсей, Шиллинг и Крузе».