Узнав о причине гибели царевича, члены комиссии стали выяснять обстоятельства восстания в Угличе и причину убийства государевых людей. Для этого вызвали 7 представителей местного духовенства, 47 жителей посада, 63 члена двора царевича и Нагих, 11 слуг дьяка Битяговского. Многих ставили «с очей на очи», и это позволяло вести допрос перекрестно. В итоге оказалось, что именно Нагие без всякого основания обвинили дьяка и его людей в смерти царевича, натравили на них горожан и спровоцировали восстание, которое завершилось разгромом дома Битяговского и Приказной избы — государственного учреждения.

Всего в ходе следствия было допрошено более 140 человек. Их показания были записаны и включены в состав особого дела, которое дошло до нас и хранится сейчас в Российском государственном архиве древних актов (РГАДА). В начале XX в. оно было опубликовано — «Угличское следственное дело о смерти царевича Дмитрия 15 мая 1591 г.» М., 1913.

Таким образом, комиссия официально установила, что царевич Дмитрий случайно покалечил себя сам и умер от потери крови. Его, как невольного самоубийцу, не имели права хоронить пышно и с почетом. Поэтому похороны царского сына состоялись 23 мая в местном соборе. К 30 мая следствие было завершено, и члены комиссии вернулись в Москву. Там 2 июня на заседании Боярской думы В. И. Шуйский доложил о результатах своей работы. После обсуждения его доклада бояре вынесли такое решение: признать виновными в смерти царевича Нагих, поскольку трагедия произошла из-за их «небрежения» к обязанностям оберегать Дмитрия; признать их виновными и в убийстве государевых людей, и в подстрекательстве угличан к восстанию.

За государственные преступления всех Нагих сурово наказали. Царицу Марию Федоровну насильно постригли в монастырь под именем Марфа и сослали в захудалую обитель на Белом озере. Ее братьев отправили в тюрьмы в небольшие приволжские городки, остальных родственников разослали на воеводство в отдаленные места.

Еще более суровому наказанию подвергли угличан. Многих из них казнили, остальных отправили в сибирский город Пелым. Центральный городской колокол был сброшен с колокольни, а остальные колокола лишены «языков». После этого некогда процветавший волжский город пришел в упадок.

Следует отметить, что Нагие отнюдь не смирились со своей участью. Через родственников они стали распространять по всей стране слухи о том, что царевич Дмитрий был убит по приказу Б. Ф. Годунова, стремящегося к власти. Этим они хотели отомстить царскому шурину за свои несбывшиеся надежды. Но царский шурин, судя по всему, никакого отношения к угличской драме не имел. Материалы следственного дела это наглядно подтверждают.

У современников возникли свои версии относительно смерти царевича Дмитрия. Одну из них зафиксировал в своем труде «История в память сущим» анонимный автор.

«Великого убо царя Феодора брата Дмитрия Ивановича, не единоматерья, отделиша всех началнейших велмож российских советом на Углеч, да в своем пространствии с материю си пребывает. Сему же царевичю Димитрею естеством возрастающу и братне царьство и величество слышащу, и от ближних си смущаему за еже не вкупе пребывания з братом, и часто в детьских глумлениих глаголет и действует нелепо о ближнейших брата си, паче же о сем Борисе. И врази сущее и ласкатели, великим бедам замышленицы, в десятерицу лжи составляющее, с сими подходят велмож, паче же сего Бориса, и от многия смуты ко греху низводят, его же, краснейшаго юношу, отсылают, не хотяща, в вечный покой. Память же его великою кровию неповинною во всей России торжествовася. Се первый грех да разумеется, та же по сем и другий: ни во что же положиша сю кровь неповинную вся Россия».