А когда они приехали в Петербург, почти сразу же пришла депеша от Толстого, что царевич Алексей Петрович согласен вернуться в Россию. Толстой сообщал и о последних событиях, произошедших, когда Пётр и Екатерина жили в Амстердаме, и о том, что случилось, когда ехали из Голландии в Россию. Толстой писал, что 24 сентября 1717 года прибыли они в Неаполь, и уже на следующий день их принял вице-король Неаполя Вирих-Филипп-Лоренц, граф Даун, князь Тиана и предложил устроить свидание с Алексеем завтра, у него во дворце и при его, Дауна, присутствии, придав всему характер непринуждённой дружеской встречи. Однако как только Алексей, Толстой и Румянцев увиделись друг с другом, то, несмотря на присутствие гостеприимного хозяина дома, царевич затрепетал от страха, а посланцы Петра с места в карьер стали решительно требовать от Алексея покориться отцовской воле и немедленно ехать в Россию.

После первой встречи последовали ещё три, во время которых ласки и посулы сменялись угрозами, пока, наконец, во время пятой встречи, 3 октября, царевич согласился ехать домой. Возможно, он сделал это и потому, что Толстой сказал ему: Пётр не остановится даже перед тем, чтобы применить против Австрии оружие, но всё равно добудет изменника-сына.

Согласившись ехать, Алексей попросил только об одном — разрешить ему обвенчаться с Ефросиньей, которая была на четвёртом месяце беременности. Пётр разрешил, в частности и потому, что именно Ефросинья уговорила Алексея возвратиться в Россию.

Через несколько дней Толстой сообщил, что, съездив в недалёкий от Неаполя город Бари и поклонившись там мощам святого чудотворца Николая Мирликийского, Алексей 14 октября вместе с ним и Румянцевым отправился на родину. Ефросинья сначала ехала вместе с Алексеем, но потом отстала, чтобы продолжать путь не спеша и не подвергать себя опасности выкидыша или неблагополучных родов. Алексей с дороги писал ей письма, пронизанные любовью и заботой. Он советовал Ефросинье обращаться к врачам и аптекарям, беспокоился, удобный ли у неё экипаж, тепло ли она одета, посылал ей немалые деньги, а потом послал и бабок-повитух, которые могли бы хорошо принять роды.

Проехав Италию, Австрию и немецкие земли, Алексей через Ригу, Новгород и Тверь 31 января 1718 года прибыл в Москву.

Сразу же после приезда в первопрестольную был он приведён в Столовую палату Теремного Кремлёвского дворца и в присутствии генералитета, министров и высших церковных иерархов пал перед Петром на колени и отрёкся от прав на престол, попросив у отца «жизни и милости». Пётр обещал сохранить ему жизнь, если он откроет имена всех участников побега, на что Алексей немедленно согласился и тут же назвал всех сообщников.

В Преображенский приказ прежде всего были доставлены главные сообщники Алексея — Кикин, Вяземский, Афанасьев и Долгоруков.

Следствие, начавшись в феврале 1718 года, проходило до середины июня, когда после очных ставок Алексея и Ефросиньи была установлена «сугубая вина» царевича и он сам попал в каземат Петропавловской крепости, а затем и подвергнут пыткам. А Ефросинья в середине апреля приехала в Петербург и должна была родить ребёнка недели через две. Однако ничего о том, были ли роды и кто именно родился, до сих пор совершенно неизвестно.

Зато хорошо известно, как ждал её Алексей Петрович, как надеялся, что отец всё-таки разрешит им обвенчаться и позволит жить вместе, частной жизнью, в одной из деревень под Москвой. Но ничему этому не суждено было статься. Как только Ефросинья вернулась в Петербург, её тут же арестовали, посадили в крепость и приступили к допросам. Правда, её ни разу не пытали, а Пётр всячески выказывал ей свои симпатии. Это объясняли тем, что данные Ефросиньей показания окончательно погубили царевича. Ей, конечно же, запретили и думать о венчании, а свидания её с Алексеем происходили на очных ставках в застенках Преображенского приказа.

На допросах Алексей назвал имена более чем пятидесяти своих подлинных и мнимых сообщников, и розыск проходил повсюду, где находились названные царевичем люди.