เมื่อวันที่ 22 มีนาคม ค.ศ. 1917 นิโคลัส ผู้มิได้เป็นพระมหากษัตริย์อีกต่อไป และได้ถูกทหารยามเรียกอย่างดูถูกว่า "นิโคลัส โรมานอฟ" กลับมารวมกับครอบครัวอีกครั้งที่พระราชวังอเล็กซานเดอร์ในซาร์สกอเย เซโลเขาถูกขังไว้ในบ้านตามหมายกักกันของรัฐบาลเฉพาะกาลพร้อมกับครอบครัว สมาชิกราชวงศ์ถูกสอบสวนอย่างหยาบคายในคืนแรกที่นิโคลัสกลับมาถึงบ้าน ในคืนเดียวกันนั้น ได้มีทหารกลุ่มหนึ่งบุกรุกเข้าไปในหลุมศพของเกรกอรี รัสปูติน และยกศพที่กำลังเปื่อยเน่าขึ้นมาด้วยแท่งไม้ แล้วขว้างศพนั้นไปบนกองฟืนแล้วราดด้วยน้ำมัน ร่างนั้นถูกเผาเป็นเวลาหกชั่วโมงจนเถ้าถ่านลอยไปกับสายลมอดีตซาร์ยังคงสงบและมีภูมิฐาน กระทั่งยืนกรานให้บุตรธิดามารับการสอนวิชาประวัติศาสตร์กับภูมิศาสตร์กับตนด้วย เขายังสนใจติดตามข่าวความเป็นไปของสงครามทางหนังสือพิมพ์อย่างกระตือรือร้น ซึ่งในนั้นก็มีทั้งวิธีที่สื่อปัจจุบันตีพิมพ์เรื่องราวอันน่าตื่นตกใจระหว่างรัสปูตินกับจักรพรรดินี "การสารภาพ" ของอดีตข้าราชบริพารและชีวิตส่วนตัวของผู้อ้างตนเองเป็น "คนรัก" ของธิดาของซาร์ทั้งสี่

เดือนสิงหาคม ค.ศ. 1917 รัฐบาลเฉพาะกาลของอเล็กซานเดอร์ เคเรนสกี ย้ายสมาชิกราชวงศ์ไปยังโตโบลสก์ โดยอ้างว่าเพื่อปกป้องสมาชิกราชวงศ์จากกระแสการปฏิวัติที่เพิ่มสูงขึ้น พวกเขาอาศัยอยู่ในคฤหาสน์ของอดีตผู้ว่าการด้วยความสะดวกสบายพอสมควร หลังจากพรรคบอลเชวิคขึ้นมามีอำนาจในเดือนตุลาคม ค.ศ. 1917 สภาพการถูกคุมขังก็ได้เข้มงวดขึ้นและการอภิปรายเพื่อนำตัวนิโคลัสมาพิจารณาคดีมีบ่อยครั้งขึ้น นิโคลัสถูกห้ามสวมอินทรธนู และทหารยามวาดรูปลามกหวัด ๆ บนรั้วเพื่อล่วงเกินธิดาของเขา เมื่อวันที่ 1 มีนาคม ค.ศ. 1918 ราชวงศ์ถูกจัดให้ดำรงชีพด้วยอาหารปันส่วนของทหาร ซึ่งหมายถึงการแยกจากข้าราชบริพาร 10 คน และการยกเนยเหลวและกาแฟให้เป็นของฟุ่มเฟือย

เมื่อบอลเชวิคมีกำลังกล้าแข็งขึ้น นำไปสู่การต่อต้านเต็มรูปแบบเมื่อถึงฤดูร้อน นิโคลัส อเล็กซานดรา และธิดา มาเรีย ถูกย้ายไปยังเยคาเทรินบุร์กในเดือนเมษายน อเล็กซีป่วยเกินกว่าจะร่วมเดินทางไปกับพ่อแม่และอยู่กับพี่สาว โอลกา ทาเทียนาและอนาสตาเซีย โดยไม่ออกจากโตโบลสก์จนกระทั่งเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 1918 ราชวงศ์ถูกคุมขังโดยมีผู้ติดตามที่เหลืออยู่ไม่กี่คนในบ้านอีปาเตียฟในเยคาเทรินบุร์ก ซึ่งถูกเรียกว่าเป็น บ้านจุดประสงค์พิเศษ

พรรคบอลเชวิคต้องการนำตัวซาร์มาพิจารณาคดี แต่สถานการณ์แวดล้อมได้นำไปสู่การตัดสินใจอย่างรวดเร็วว่าจะสังหารราชวงศ์อย่างรวบรัด ราชวงศ์โรมานอฟถูกจับกุมโดยกองทัพแดงในเยคาเทรินบุร์ก เมื่อสงครามกลางเมืองดำเนินไปและกองทัพขาว (อันเป็นพันธมิตรของฝ่ายต่อต้านคอมมิวนิสต์อย่างหลวม ๆ) คุกคามที่จะยึดเมืองดังกล่าว ความกลัวที่ว่าราชวงศ์โรมานอฟจะตกอยู่ในการควบคุมของฝ่ายรัสเซียขาว ซึ่งพรรคบอลเชวิครับไม่ได้ด้วยเหตุผลสองประการคือ ซาร์หรือสมาชิกราชวงศ์สามารถถูกใช้เพื่อระดมการสนับสนุนอุดมการณ์ของฝ่ายขาว และอย่างที่สอง ซาร์หรือสมาชิกราชวงศ์คนใดหากซาร์เสียชีวิตแล้ว จะถูกชาติยุโรปอื่นพิจารณาว่าเป็นผู้ปกครองโดยชอบธรรมของรัสเซีย ซึ่งจะหมายความว่าผู้นั้นจะสามารถเจรจาให้ต่างชาติเข้าแทรกแซงมากขึ้นในนามของฝ่ายขาว ไม่นานหลังจากราชวงศ์ถูกประหารชีวิต เมืองก็ตกเป็นของฝ่ายรัสเซียขาว

วันที่ 16 กรกฎาคม ค.ศ. 1918 กองทัพเช็คกำลังรุกเข้าใกล้เยคาเทรินบุร์ก ซึ่งไม่ทราบมาก่อนว่าสมาชิกราชวงศ์รัสเซียกำลังถูกคุมขังอยู่ตามหมายกักกัน พรรคบอลเชวิคซึ่งเชื่อว่าทหารเช็คกำลังอยู่ในระหว่างภารกิจช่วยเหลือราชวงศ์รัสเซีย ตื่นตระหนกและประหารชีวิตยามรักษาการณ์ เหตุผลที่แท้จริงที่ทหารเช็คถูกส่งมายังเยคาเทรินบุร์กนั้นเพื่อป้องกันทางรถไฟทรานส์ไซบีเรีย ซึ่งฝ่ายขาวมีการควบคุมสมบูรณ์ สถานการณ์แวดล้อมมีผลอย่างมากต่อการประหารชีวิตราชวงศ์รัสเซีย การประหารชีวิต

โทรเลขลงคำสั่งกวาดล้างนักโทษในนามของสภาโซเวียตสูงสุดในมอสโกลงนามโดยยาคอฟ ซเวิร์ดลอฟ ราวเที่ยงคืน คาคอฟ ยูรอฟสกี ผู้ดูแลบ้านจุดประสงค์พิเศษ สั่งให้แพทย์ประจำราชวงศ์โรมานอฟ ดร. ยูจีน บอตคิน ให้ปลุกสมาชิกราชวงศ์ที่กำลังหลับใหลและให้พวกเขาแต่งตัว สมาชิกโรมานอฟได้รับคำสั่งให้เข้าไปในห้องกึ่งห้องพักใต้ดินขนาด 6x5 เมตร นิโคลัสขอเก้าอี้สองตัวสำหรับตัวเขาเองกับภรรยา ชุดยิงมาถึงอันดับต่อไปและยูรอฟสกีประกาศว่า

นิโคไล อเล็คซานโดรวิช เมื่อพิจารณาถึงข้อเท็จจริงที่ว่าพวกพ้องของคุณกำลังดำเนินการโจมตีโซเวียตรัสเซียอย่างต่อเนื่องแล้ว คณะกรรมการบริหารอูราลจึงตัดสินใจประหารชีวิตคุณ...

จากนั้นยูรอฟสกีเริ่มต้นอ่านการตัดสินใจของคณะกรรมการบริหารอูราล และนิโคลัสถามว่า "อะไรนะ"ตามการระลึกความทรงจำของทหารยาม เมื่ออาวุธถูกยกขึ้น จักรพรรดินีและแกรนด์ดัชเชสโอลกา พยายามจะทำเครื่องหมายกางเขน แต่ถูกยิงก่อนที่จะทำเสร็จ ยูรอฟสกีตามรายงาน ได้ชี้ปืนที่นิโคลัสแล้วยิง นิโคลัสเสียชีวิตทันที เพชฌฆาตคนอื่น ๆ เริ่มต้นยิงจนกระทั่งเหยื่อที่วางแผนไว้เสียชีวิตทั้งหมด และมีการยิงต่อไปอีกหลายนัด ประตูถูกเปิดเพื่อปล่อยควันที่คละคลุ้งออกไปยังมีผู้รอดชีวิตบางคน ดังนั้น พี. แซด. เยียร์มาคอฟจึงแทงพวกเขาเหล่านั้นด้วยดาบปลายปืน เพราะเสียงตะโกนอาจได้ยินไปถึงข้างนอกบุคคลสุดท้ายที่เสียชีวิตคือ อนาสตาเซีย ทาเทียนา โอลกา และมาเรีย ผู้พกพาเพชรหนักกว่า 1.3 กิโลกรัมในเสื้อผ้า จึงช่วยป้องกันได้ในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม พวกเขาถูกแทงด้วยดาบปลายปืนเช่นกัน โอลกาถูกปืนยิงเข้าที่ศีรษะ กล่าวกันว่าอนาสตาเซียและมาเรียหมอบอิงกับกำแพงและเอามือปิดบังศีรษะของตนด้วยความกลัวจนกระทั่งมาเรียถูกยิงล้มลง และอนาสตาเซียถูกสังหารด้วยดาบปลายปืน ตัวยูรอฟสกีเองเป็นผู้สังหารทาเทียนาและอเล็กซี ทาเทียนาเสียชีวิตจากกระสุนที่ถูกยิงเข้าด้านหลังศีรษะอเล็กซีถูกกระสุนสองนัดที่ศีรษะ ตรงหลังหูพอดี อันนา เดมิโดวา สาวรับใช้ของอเล็กซานดรา รอดชีวิตจากการประหารรอดแรกแต่ถูกแทงจนเสียชีวิตติดกับกำแพงหลังขณะพยายามป้องกันตนเองด้วยหมอนใบเล็กที่เธอพกซึ่งบรรจุไปด้วยอัญมณีและเครื่องประดับมีค่า

ประกาศอย่างเป็นทางการปรากฎในสื่อแห่งชาติในอีกสองวันให้หลัง โดยรายงานว่าพระมหากษัตริย์ถูกประหารชีวิตตามคำสั่งของอูราลิสปอลคอม (คณะกรรมการบริหารอูราล) อันมีสาเหตุมาจากการมาถึงของพวกเชโกสโลวัค ถึงแม้ว่าบันทึกอย่างเป็นทางการของโซเวียตจะระบุว่าการตัดสินใจดังกล่าวเป็นความรับผิดชอบของอูราลิสโปลคอม ลีออน ทร็อตสกีได้ระบุในบันทึกประจำวันของเขาว่า การลอบสังหารเกิดขึ้นตามอำนาจของเลนิน ทร็อตสกีเขียนไว้ว่า

การเดินทางเยือนมอสโกครั้งต่อไปของผมเกิดขึ้นหลังจากเยคาเทรินบุร์กเสียแก่ข้าศึก ระหว่างที่คุยกับสเวิร์ดลอฟ ผมถามเขาตามปกติ "เออ ใช่ แล้วซาร์อยู่ที่ไหนล่ะ" "มันจบแล้ว" เขาตอบ "เขาถูกยิง" "แล้วครอบครัวเขาอยู่ไหน" "และครอบครัวก็อยู่กับเขาด้วย" "หมดเลยหรือ" ผมถาม ชัดเจนว่ารู้สึกประหลาดใจ "หมดเลย" ยาคอฟ สเวิร์ดลอฟตอบ "ถามทำไม" เขารอเพื่อดูปฏิกิริยาของผม ผมไม่ตอบอะไร "แล้วใครเป็นคนตัดสินใจ" ผมถาม "เราตัดสินใจที่นี่ อิลลิช [เลนิน] เชื่อว่าเราไม่ควรปล่อยให้ฝ่ายขาวได้ธงมีชีวิตเพื่อระดมคนไปทั่ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสถานการณ์ปัจจุบันที่ยากลำบากนี้

 เหตุการณ์ภายหลัง

ในเช้าวันรุ่งขึ้น เมื่อมีข่าวลือแพร่กระจายในเยคาเทรินบุร์กเกี่ยวกับจุดที่นำศพไปทิ้ง ทำให้ยูรอฟสกีเคลื่อนย้ายศพแล้วไปซ่อนไว้ที่อื่น  เมื่อพาหนะซึ่งบรรทุกศพมาเกิดเสียกลางทางที่จะไปถึงจุดที่เลือกใหม่ ยูรอฟสกีก็ได้จัดการใหม่อีก โดยฝังร่งส่วนใหญ่ในหลุมที่ผนึกและอำพรางไว้  บนถนนคอพท์ยาคี ถนนลูกรังซึ่งปัจจุบันไม่ใช้แล้วห่างออกไป 19 กิโลเมตรทางเหนือของเยคาเทรินบุร์ก ร่างที่เหลืออยู่ของราชวงศ์และผู้ติดตาม ยกเว้นเด็กสองคน ถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1991 และถูกฝังใหม่โดยรัฐบาลรัสเซียหลังจากมีการจัดรัฐพิธีศพ ส่วนร่างของเด็กสองคนนั้นถูกระบุเอกลักษณ์ในปี ค.ศ. 2008 มีการจัดพิธีการฝังแบบคริสต์ในปี ค.ศ. 1998 ศพถูกฝังอย่างสมเกียรติในวิหารเซนต์แคเธอรีนในมหาวิหารปีเตอร์และพอลในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก อันเป็นที่ฝังพระศพของอดีตพระมหากษัตริย์รัสเซียตั้งแต่ซาร์ปีเตอร์มหาราช ประธานาธิบดีบอริส เยล์ตซิน และภริยาเข้าร่วมงานศพพร้อมด้วยผู้เกี่ยวข้องกับราชวงศ์โรมานอฟ รวมทั้งเจ้าชายไมเคิลแห่งเคนท์ ราชวงศ์โรมานอฟได้รับการประกาศให้เป็นนักบุญโดยศาสนจักรออร์โธด็อกซ์ด้วยเช่นกัน

เมื่อวันที่ 26 สิงหาคม ค.ศ. 2010 ศาลรัสเซียมีคำสั่งให้อัยการเปิดการสอบสวนการฆาตกรรมซาร์นิโคลัสที่ 2 และราชวงศ์อีกครั้ง แม้ข้อเท็จจริงที่ว่า ทหารบอลเชวิคซึ่งเชื่อกันว่ายิงพวกเขาในปี ค.ศ. 1918 จะเสียชีวิตไปนานแล้วก็ตาม หน่วยสืบสวนหลักของอัยการสูงสุดรัสเซียว่า ทางหน่วยได้ปิดการสอบสวนทางอาญาต่อการสังหารซาร์นิโคลัสไปแล้วอย่างเป็นทางการ เพราะเวลาล่วงเลยมานานแล้วนับตั้งแต่เกิดอาชญากรรม และผู้รับผิดชอบได้เสียชีวิตไปแล้ว อย่างไรก็ตาม ศาลบัสมันนีมีคำสั่งให้รื้อฟื้นคดีดังกล่าวขึ้นมาอีก โดยว่า ศาลสูงสุดซึ่งประณามรัฐว่าเป็นผู้ฆ่าทำให้การตายของมือปืนที่แท้จริงนั้นไม่เกียวข้องกัน ตามทนายความของผู้สืบสกุลของซาร์และสำนักข่าวท้องถิ่น

ตลอดระยะเวลาที่ผ่านมา มีหลายคนซึ่งอ้างว่าเป็นผู้รอดชีวิตของราชวงศ์โรมานอฟ กระบวนการพิสูจน์เอกลักษณ์ของศพนั้นเป็นไปอย่างละเอียดถี่ถ้วน ตัวอย่างถูกส่งไปยังอังกฤษและสหรัฐอเมริกาเพื่อวิเคราะห์ดีเอ็นเอ ผลทดสอบสรุปว่า โครงกระดูกจำนวนห้าโครงเป็นสมาชิกของครอบครัวหนึ่งและอีกสี่โครงนั้นไม่เกี่ยวข้องกัน โครงกระดูกสามจากห้าโครงวิเคราะห์แล้วเป็นลูกของบิดามารดาคู่หนึ่ง แม่นั้นมีความเชื่อมโยงกับราชวงศ์อังกฤษ ซึ่งน่าจะเป็นจักรพรรดินีอเล็กซานดรา เจ้าชายฟิลิป ดยุคแห่งเอดินบะระ พระนัดดา (หลานชาย) ของพระเชษฐภคินี (พี่สาว) คนแรกสุดของอเล็กซานดรา เจ้าหญิงวิกตอเรียแห่งเฮสส์และไรน์ มีตัวอย่างดีเอ็นเอเข้ากันกับของโครงกระดูกนั้น ส่วนพ่อวิเคราะห์แล้วเกี่ยวข้องกับแกรนด์ดยุคจอร์จ อเล็กซานดราวิช พระอนุชา (น้องชาย) ของซาร์นิโคลัสที่ 2 นักวิทยาศาสตร์อังกฤษกล่าวว่า พวกเขามั่นใจมากกว่า 98.5% ว่า โครงงกระดูกนี้เป็นของซาร์ ราชวงศ์และผู้ติดตาม เมื่อวันที่ 5 ธันวาคม ค.ศ. 2008 โครงกระดูกดังกล่าวได้รับการพิสูจน์เอกลักษณ์ขั้นสุดท้ายว่าเป็นของซาร์นิโคลัสที่ 2 โดยนักวิทยาศาสตร์รัสเซียและอเมริกันโดยใช้การวิเคราะห์ดีเอ็นเอ