Отыскали и нищенку, но та умерла под пытками, не оговорив Софью. Тогда стали пытать старуху-кормилицу царевны княгиню Вяземскую и четырёх ближайших служанок Софьи, но ничего нужного следствию они не сказали. Тогда Пётр сам допросил Софью, но и она начисто отрицала хоть какое-то своё участие в бунте, решительно заявив, что никаких писем стрельцам не посылала.

Однако существовала трудно опровержимая косвенная вина Софьи, вроде бы подтверждавшая её связь с мятежниками, которая, по мнению Петра и его сторонников, особенно усугубила подозрение насчёт участия Софьи в делах стрелецкого бунта: попытка мятежников освободить её из Новодевичьего монастыря, где находилась она под охраной подполковника Преображенского полка князя Ивана Юрьевича Трубецкого — одного из верных соратников Петра.

В 1698 году Трубецкому было тридцать восемь лет, он был одним из первых «потешных» и предан Петру душой и телом.

Когда начался бунт, стрельцы сделали подкоп под покои Софьи, находившиеся на первом этаже, возле которых стояли солдаты-преображенцы. Сам же Иван Юрьевич находился в комнате Софьи. Группа стрельцов, проломив пол, вылезла в коридор и бросилась на стражу. Перебив и разогнав солдат, стрельцы ворвались в комнату Софьи, но князь Трубецкой сумел пробиться в коридор и, пробежав несколько саженей, заскочил в одну из келий и запёрся там.

Стрельцы бросились за ним в погоню. Впереди всех бежал стрелец, который до того был холопом Ивана Юрьевича. Он служил у него брадобреем и отличался особой преданностью своему господину. Стрелец и был единственным, кто видел, в какую келью заскочил князь, но, желая спасти Ивана Юрьевича, бывший брадобрей пробежал мимо, увлекая за собой преследователей и уводя их по ложному пути.

Вскоре прибыла подмога, стрельцов переловили, Софью вновь заперли в монастырь, и через несколько дней всех попавших в плен бунтовщиков повели на казнь.

Пётр присутствовал при казни, а вместе с ним и его приближёнными был и князь Трубецкой. Увидев своего спасителя, Иван Юрьевич рассказал Петру о его роли в собственном избавлении от грозившей смерти, и Пётр тут же велел отпустить верного холопа на волю.

В семье Трубецких из поколения в поколение передавалось это предание с добавлением, что Иван Юрьевич поселил его в одной из своих деревень, не только сделав лично свободным, но и освободив всех его родственников и их потомков от оброка и от барщины.

И хотя прямых улик соучастия, а тем более руководящей роли Софьи в организации её освобождения не было, царевну перевели в башню на второй этаж, а между зубцами стены Новодевичьего монастыря повесили сто девяносто пять стрельцов. А перед тремя окнами кельи висели тела трёх стрельцов со вложенными в руки челобитными, где излагались их показания о письме царевны стрельцам. И все мёртвые, и на стене, и перед окнами, висели пять месяцев, отравляя воздух трупным запахом и наводя ужас на всех, кто это видел.

А вскоре после казни пришла в келью к Софье мать-настоятельница с инокинями и повела её в церковь, там поставили Софью посреди храма. Ей что-то говорили, что-то читали и пели, остригли волосы и, как сквозь сон, слушала она, что отныне нарекается раба Божья София инокинею, сестрой Сусанной.

Потому отвели её обратно в келью, где сидела она, забившись в угол, и неотрывно смотрела за окно, перед которым качался на ветру повешенный стрелец с выклеванными вороньем глазами...

Через несколько дней Софье сообщили, что сёстры будут посещать её только два раза в год — на Пасху и в день храмового праздника монастыря — праздник Смоленской Божьей матери — «Одигитрии». 25 июля она узнала, что из всех её сестёр признали виновной в связях с бунтарями одну лишь Марфу — её любимицу и наперсницу. Её постригли в монахини в Успенском монастыре Александровой слободы.

Ещё до того как следствие и казни закончились, стрелецкие полки были расформированы, а на их месте появились новые полки — регулярной российской армии.