1918年7月16日晚，在伊帕季耶夫寓所，尼古拉二世一家共进晚餐。晚上10点半，皇后亚历山德拉写下了她最后一篇日记：“小宝贝有点着凉。塔吉扬娜给我读圣经，今天她给我读圣徒阿莫斯行传。每天早晨，司令官给我带来几个鸡蛋给小宝贝吃。晚8时，吃夜宵，并和尼古拉玩纸牌。”午夜时分，他们接到命令，要他们去地下室集合。
沙皇一家收拾行装，到了地下室。这时，荷枪实弹的士兵们走了进来。负责行刑的首领卢洛夫斯基向他们宣读：“请注意！现在宣布乌拉尔工农兵代表苏维埃的决定。鉴于你们的亲属在继续向苏维埃政权发动进攻，乌拉尔执行委员会决定枪决你们。”话音刚落，子弹就已出膛。
子弹首先打中了尼古拉二世，他的妻儿也随后中弹。其余被关押的皇室成员，如公爵、公爵夫人、塞尔维亚女王等，也在沙皇被处死前后，遭遇了相同的命运。
枪决结束后，沙皇全家及其仆从的11具尸体被搬到一辆卡车上，向24俄里外一个废弃的矿区开去。卡车在一个叫“四兄弟荒地”的地方停下。士兵们将尸体抬下来，浇上硫酸，毁去他们的容貌，再将尸体大卸八块。然后，把尸块与柴火堆在一起，点火焚烧。当木柴和尸体都烧完之后，便把烧剩的残物埋进了烂泥潭。当天，卢洛夫斯基用密码向克里姆林宫发了电报：“告诉斯维尔德洛夫，全家都遭到和家长同样的命运。”
7月18日，收到电报的苏维埃俄国领导人之一斯维尔德洛夫在莫斯科的人民委员会例会上宣布，沙皇已经被处死。20日，报刊上登出了这一消息。但有的报纸称，处死的只有沙皇和王储，他的妻女已经被转移到安全的地点。4天以后，白军攻占了叶卡捷琳堡。他们已经得知沙皇被处死的消息，但他们只找到了一些相关的小物件，没有找到遗骸。
疑云重重：末代公主生死成谜
1919年3月，索霍洛夫被任命为侦察长，全权负责调查沙皇之死，寻找他们的遗骸。1924年，索霍洛夫在巴黎出版《俄国皇帝一家被杀的司法调查》，在这本书里说，行刑队枪决后把人丢到废矿井，用硫酸处理后又用汽油烧毁，没有留下尸体残留物。