К тому времени у Алексея под влиянием Кикина уже созрел замысел — бежать за границу. Письмо царя давало удобный повод выехать в Европу. Объявив, что принял решение отправиться к отцу, царевич 26 сентября 1716 года покинул Петербург. А поздно вечером 10 ноября он был уже в Вене, явился в дом австрийского вице-канцлера графа Шенборна и, бегая по комнате, озираясь и жестикулируя, заявил ошарашенному графу: «Я прихожу сюда просить цесаря, моего свояка, о протекции, чтоб он спас мне жизнь: меня хотят погубить; хотят у меня и у моих бедных детей отнять корону… а я ни в чем не виноват, ни в чем не прогневил отца, не делал ему зла; если я слабый человек, то Меншиков меня так воспитал, пьянством расстроили мое здоровье; теперь отец говорит, что я не гожусь ни к войне, ни к управлению, но у меня довольно ума для управления…»
Чего хотел добиться царевич, явившись в Вену? Его действия явно были продиктованы отчаянием. Алексей бежал не для реализации каких-то замыслов (как когда-то Григорий Отрепьев — самозваный царевич Димитрий), а оттого, что его угнетало и страшило. Но попытка укрыться от реального мира, разумеется, была обречена на фиаско. Но, может быть, царевич стал игрушкой в руках враждебных отцу сил? Проведенное позже следствие, несмотря на жестокие пытки обвиняемых, не обнаружило никаких далеко идущих замыслов даже у самых близких к нему людей, непосредственно причастных к побегу: Кикина и Афанасьева. Правда, оказавшись за границей, царевич действительно с вниманием и надеждой следил за просачивавшимися из России слухами о растущем недовольстве царем и об ожидаемых в стране волнениях. Но этот факт лишь оттенял его собственную пассивность.
Между тем австрийское правительство и император оказались в очень сложном положении. Петр достаточно быстро смог установить, где именно находится беглец, и направил в Вену эмиссаров — капитана А.И. Румянцева и многоопытного дипломата Петра Андреевича Толстого. Карлу VI было сообщено, что сам факт нахождения Алексея на территории его государства воспринимается царем как крайне недружественный по отношению к России жест. Для Австрии, воевавшей тогда с Османской империей и готовившейся к войне с Испанией, угрозы Петра не были пустым звуком. Алексею опять не повезло: в иных обстоятельствах его родственник-император мог бы попытаться разыграть столь неожиданно пришедшую в руки карту. К тому же австрийцы быстро убедились, что полагаться на Алексея нельзя. В результате Вена предпочла проявить уступчивость. Толстой получил возможность встречаться с Алексеем (к тому времени тот был переправлен в Неаполь) и использовать все свои таланты для того, чтобы склонить царевича к возвращению.
В ход пошли все средства. Роль пряника играли обещания царя простить сына, позволить ему жениться на Афросинье и отпустить на жительство в деревню. В качестве же кнута использовалась угроза разлучить его с любовницей, а также заявления одного из австрийцев (подкупленного Толстым), что император предпочтет выдать беглеца, чем защищать его силой оружия. Характерно, что, пожалуй, больше всего на Алексея подействовала перспектива приезда в Неаполь отца и встречи с ним лицом к лицу. «И так сие привело его в страх, что в том моменте мне сказал, еже всеконечно ехать к отцу отважится», — сообщал Толстой. Немалую роль, видимо, сыграла и позиция ожидавшей ребенка Афросиньи, которую Толстой сумел убедить или запугать. В итоге согласие на возвращение было вырвано неожиданно быстро.
Удача пришла к Толстому вовремя, поскольку в какой-то момент Алексей, усомнившийся в готовности австрийцев защищать его, попытался вступить в контакт со шведами. Для главного врага Петра, короля Карла XII, находившегося в катастрофическом положении, это было настоящим подарком. Решено было обещать Алексею армию для вторжения в Россию, однако для начала переговоров шведам просто не хватило времени. Стоит, впрочем, заметить, что этот поступок царевича, действительно содержавший все признаки государственной измены, не всплыл на последующем следствии и остался неизвестен Петру.
Из пыточных речей Алексея