2 июня 1671 года Степана и Фрола под усиленным конвоем, в кандалах доставили в Москву. Ритуал ввоза пленников в столицу и порядок их следования по городу были заранее продуманы и обставлены так, чтобы унизить тех, кто еще недавно заставлял верхи общества переживать страх, растерянность и панический ужас. Англичанин Т. Хебдон, который, возможно, был очевидцем событий, в частном письме от 6 июня 1671 года писал: «Великий мятежник Разин был доставлен… таким образом: впереди шел конвой из 300 пеших солдат… Позади Разина тем же порядком шло почти то же число солдат… Окружал Разина отряд захвативших его казаков… А сам Разин на помосте под виселицей стоял с цепью вокруг шеи… От помоста тянулась еще одна цепь, которая охватывала шею его брата, шедшего в оковах пешком. Помост везли 3 лошади».
В застенках приказа Тайных дел, где обычно велось дознание по особо опасным государственным преступлениям, братьев Разиных допрашивали два дня, применяя жестокие пытки: били плетьми (каждый получал по 30 ударов), поднимали на дыбу, жгли раскаленным железом, лили по капле ледяную воду на их наголо обритые головы. Обоим задавали одни и те же вопросы, часть из них велел задать пленникам сам царь. Заплечных дел мастера в первую очередь силились выведать, где спрятана казна атамана и его бумаги — «прелестные» листы, переписка и т. д. Ни у Степана, ни у Фрола палачи так и не вырвали признания.
6 июня 1671 года Степан Разин при большом людском скоплении был казнен на Красной площади. Сказав по русскому обычаю «прости» и поклонившись на все четыре стороны народу, Разин мужественно принял страшную смерть — он был приговорен к четвертованию. Ему отсекли сначала правую руку, потом левую ногу у колена и лишь затем отрубили голову. По свидетельству иностранцев, которые по особому распоряжению были допущены к самому эшафоту, ибо, в отличие от ненадежных москвичей, власти не ждали от них никаких подвохов, повстанческий атаман «ни единым вздохом не обнаружил слабости духа».
Приводимые ниже строки из стихотворения известного русского поэта И. 3. Сурикова довольно точно воспроизводят последние мгновения жизни Разина:
С головы казацкой сбриты кудри черные, как смоль.
Но лицо не изменили казни страх и пытки боль.
Поклонился он народу, помолился на собор,
А палач в рубашке красной высоко взмахнул топор.
Казнь Фрола была отсрочена до 1676 года. Пять лет его продержали в заточении, подвергая истязаниям, очевидно, надеясь «вымучить» тайну клада. Но Фрол Разин проявил завидную стойкость и так ничего и не открыл палачам.
Народная скорбь нашла воплощение в песне:
… Нездорово на Дону у нас,
Помутился славный тихий Дон
Со вершины до черна моря,
До черна моря Азовского
Помешался весь казачий круг,
Атамана больше нет у нас,
Нет Степана Тимофеевича,
По прозванию Стеньки Разина.
Поймали добра молодца,
Завязали руки белые,
Повезли во каменну Москву
И на славной Красной площади
Отрубили буйну голову.
Со смертью Разина борьба восставшего народа не прекратилась. 9 июня 1671 года, три дня спустя после казни предводителя крестьянской войны, из Астрахани к Симбирску приплыли 370 стругов с 2500 повстанцами во главе с разинским атаманом Ф. Шелудяком. Одновременно берегом пешим и конным порядком к городу подошел отряд численностью около тысячи человек, предводительствуемый другим сподвижником Разина — И. Константиновым. Три приступа на симбирский кремль закончились неудачей, но саму попытку взять город, который до этого штурмовал Разин, можно, по-видимому, рассматривать как стремление продолжить его дело, одержать верх там, где повстанческий вождь потерпел поражение.
Однако накал крестьянской войны уже спал, силы восставшего народа к лету 1671 года были значительно подорваны, и если разинцам не удалось овладеть первоклассно укрепленным Симбирском в разгар движения, то овладеть им, когда восстание шло на спад, было во сто крат сложнее.
Повсеместно по стране вновь утверждалась ненавистная народу власть бояр и воевод, класс феодалов вновь занимал утраченные и поколебленные было позиции. Антиповстанческий переворот произошел в Царицыне, и только в Астрахани до 27 ноября 1671 года еще держалась разинская вольница.