Вновь избранное Временное правительство должно было решить вопрос о том, что делать с царской семьей. Николай, который теперь в официальных документах именовался просто «гражданин Романов», просил, чтобы его с женой и детьми отпустили к родственникам в Англию. Временное правительство также склонялось к этому решению, тем более что Британия была союзницей России в продолжавшейся войне. Но Петроградский совет выступил против.
Бывшего императора арестовали в Пскове и отправили в Царское Село, где под домашним арестом находились его супруга и пятеро детей. Петроградский совет опасался, что Временное правительство все же отпустит царскую семью за границу, поэтому усилил контроль над железными дорогами и вокзалами. Планировалось даже перевезти Романовых в Трубецкой бастион Петропавловской крепости, но охране Царского Села удалось убедить представителей совета, что Николай с женой и детьми содержатся в строгости и никуда не смогут сбежать.
В Царском Селе семья бывшего императора продолжала жить привычной домашней жизнью. Многих и сейчас поражает «растительный» характер записей в дневнике Николая этого времени. Вот, например, характерная запись от 12 июня 1917 г.: «После приятной прохладной ночи день наступил жаркий. Утром хорошо погулял с Валей. Занимался географией с Алексеем. Днем копали большую грядку на нашем огороде, после чего отдыхал в байдарке. Во время обеда прошла гроза с освежительным ливнем».
В конце июля 1917 г. царскую семью по решению Временного правительства перевезли в Тобольск, подальше от германских войск, подступавших к столице. Там Романовы находились до апреля 1918 г. под охраной «отряда особого назначения». В условиях начавшейся Гражданской войны правительство большевиков отправило их в более надежное место – Екатеринбург.
В Екатеринбурге царскую семью разместили в доме купца Ипатьева. Советская власть планировала устроить показательный суд над «гражданами Романовыми», но не успела этого сделать. В середине июля под предлогом наступления белых и невозможности удержать Екатеринбург или вывезти оттуда важных пленников в Москве было решено казнить Романовых без суда. До сих пор остается неизвестным, кто принял окончательное решение: Я. М. Свердлов или сам В. И. Ленин. В ночь с 16 на 17 июля караульными красноармейцами и членами Екатеринбургского совета во главе с Яковом Юровским, отвечавшим за безопасность царской семьи, были расстреляны бывший император Николай II, бывшая императрица Александра Федоровна, их дочери: Ольга (22 лет), Татьяна (20 лет), Мария (18 лет), Анастасия (16 лет) и сын Алексей (14 лет), а также не имевшие прямого отношения к династии Романовых лейб-медик Е. С. Боткин, лакей А. Е. Трупп, повар И. М. Харитонов и горничная А. С. Демидова.
Белогвардейским следователям позже удалось установить, что император, императрица, Ольга, Татьяна и Мария были убиты на месте. Раненых Боткина, Харитонова, Труппа и Демидову добивали штыками. Тяжело раненного Алексея Юровский добил двумя выстрелами в голову. Каким-то чудом в страшной перестрелке выжила Анастасия. Она пришла в себя и начала кричать, с ней тоже расправились с помощью штыков. Любимцу императорской семьи спаниелю Джимми размозжили голову прикладом. Чудовищная жестокость, с которой уничтожили царскую семью, потрясла даже опытных сотрудников уголовного розыска, привлеченных белыми к расследованию этого дела.
Страшной оказалась и судьба великого князя Михаила Александровича, в пользу которого Николай II отрекся от престола. Сначала он находился под домашним арестом в Гатчине, в марте 1918 г. выслали «до особого распоряжения» в Пермь. Будучи признанным не особенно опасным для Советского правительства, Михаил получил право жить на свободе под надзором местной власти и со своим личным секретарем и шофером обитал в номерах гостиницы Королева. Из гостиницы его похитили 13 июня 1918 г. по ложному ордеру группой анархистов под командой председателя Мотовилихинского совета Г. Мясникова. Великого князя с прислугой вывезли в Мотовилиху и по одной версии – расстреляли и сожгли, по другой – живыми бросили в печь Мотовилихинского завода. Это показало расследование, проведенное Пермским ЧК по следам несанкционированной казни человека, который мог бы быть русским императором.
18 июля 1918 г. в городе Алапаевске на Урале казнили содержавшихся там под арестом еще нескольких членов семьи Романовых: великую княгиню Елизавету Федоровну, сестру императрицы; великих князей Сергея Михайловича, Константина Константиновича, Игоря Константиновича, Ивана Константиновича, князя Владимира Палей (сына княгини Ольги Палей и великого князя Павла Александровича), а также их близких придворных Варвару Яковлеву и Ф. С. Ремез. Их вывезли по дороге на село Синячиху в район глубоких шахт и, сбросив в одну из них, закидали гранатами. Белые обнаружили позже это место казни. Они вывезли с собой восемь тел. Шестеро мужчин были похоронены в русской православной миссии в Пекине, а Елизавета Федоровна и В. Яковлева – в церкви Марии Магдалины в Иерусалиме.