Тридцатого апреля Афросину в закрытой лодке привезли в Петергоф. Царь хотел лично допросить её. Она сообщила царю тайные надежды Алексея, о которых он говорил ей несколько раз. Он ожидал, донесла она, и желал бунта русских войск, чтобы встать во главе их и низвергнуть с престола своего отца. Однажды он сказал, что, «судя по известиям из России, восстание скоро вспыхнет в окрестностях Москвы. Я удалю всех государственных слуг и выберу себе новых из молодых. Я оставлю Петербург и буду жить в Москве. Разрушу флот. Отец думает, что жена его будет царствовать после его смерти во время малолетства моего младшего брата. Но будет восстание и многие будут на моей стороне, и я знаю кто».
Показания были даны сначала устно, а затем написаны и подписаны Афросиной в присутствии царя дрожащей рукой. Затем она старалась припомнить имена тех, на кого Алексей прежде всего рассчитывал. Свои показания Афросина закончила уверениями, что только она убедила Алексея возвратиться в Россию.
По окончании допроса царевич тотчас был призван на очную ставку с Афросиной.
Алексей, услышав предательские показания той, которую он любил всей душой, счастье которой было главным стремлением его жизни, сначала грустно молчал, потом, вероятно с отчаяния, признался во всём, в чём его обвиняла любовница. Саксонский посланник Лоос писал тогда своему двору: «Любовница царевича открыла царю тайну заговора».
Афросина получила награду за измену своему поклоннику. Из всех привлечённых по делу царевича, она одна была отпущена без всяких неприятностей. Царь обращался с ней милостиво и сделал ей несколько подарков. Говорят, что она впоследствии вышла замуж за гвардейского офицера и жила с ним мирно.
Двенадцатого мая Алексею представили список из девятнадцати вопросов. Четырнадцатого числа и в следующие дни ему опять предложили новые вопросы. В своих ответах царевич распространялся о своих прежних связях с духовенством, о пророчествах, о книгах, присланных ему киевскими монахами и посвящённых ему рязанским епископом. По требованию суда сообщить мятежные разговоры, которые ему известны, царевич показал, что Борис Голицын ему сказал: «Ты должен держать шпиона при дворе твоего отца, какого-нибудь неважного молодого человека, который уведомлял бы тебя обо всём». Однажды, во время прогулки в санях, Семён Нарышкин проклинал невозможное положение, которое создала для бояр кипучая деятельность царя: «Жизнь стала неудобна для нас. Царь не знает наших нужд. Если бы он приходил к нам, он узнал бы, что у одного нет дров, у других нет многих необходимых вещей». В заключение царевич назвал всех бояр, епископов и полки, на которые он возлагал свои надежды, что они по смерти отца возведут его на престол.
Пётр на допросе спрашивал сына, был ли бы он способен при жизни отца стать во главе мятежных войск и идти с ними против него. Алексей признался, что он мог бы это сделать.
Наконец допросы Алексея окончились, обвинительный акт составлен. Пётр издал манифест своему народу, где известил, что следствие доказало преступления, совершенные царевичем; он указал на ложь сына в его прежних показаниях и заключил, что прощение дано было им в Москве только под условием искреннего признания, а так как признание оказалось неискренним, то обещанное прощение недействительно.
Тринадцатого июня царь послал манифест епископам, в котором он умоляет помазанных Богом указать отцу, как поступить с преступным сыном, нарушившим все законы, и просит духовный суд произнести приговор над его сыном.
Епископы на синодальном собрании обсудили этот вопрос и ответили, что суд над Алексеем принадлежит светской власти, в подтверждение чего они привели девять примеров из ветхого и семь из нового завета. К этому они прибавили: если царь желает наказать своего сына согласно его поступкам, то в священном писании много примеров, дающих ему на это полное право. Если царь пожелает помиловать сына, то он найдёт тому пример в учении Христа, а именно в притче о расточительном сыне. В этом двойственном ответе ясно проглядывает призыв к милости. Это сочувствие духовенства только ухудшило положение несчастного царевича. Пётр обнародовал второй манифест Сенату и другим сановникам, призывая их судить сына его со всей строгостью и без всякого снисхождения.
