Царская семья была расстреляна в Екатеринбурге особенно жёстко и цинично. Никто среди них не ожидал такого поворота событий.
17 июля 1918 года, в 1:30 ночи, с опозданием на полтора часа, к дому Ипатьева прибыл грузовик для перевозки трупов. После этого был разбужен доктор Боткин, которого попросили разбудить остальных арестантов и сообщить о необходимости всем перейти вниз в связи с тревожной ситуацией в городе.
Потом семеро членов семьи: Николай II, Александра Фёдоровна, Ольга, Татьяна, Мария, Анастасия и Алексей, а также лейб-медик Боткин, горничная Демидова, лакей Трупп и повар Харитонов были отведены вниз, в полуподвальную комнату. Алексея, у которого болела нога, Николай II нёс на руках. Александра Фёдоровна пожаловалась, что в комнате не оказалось ни одного стула. Когда охранники принесли два стула, Николай посадил Алексея на один, а на второй села Александра Фёдоровна. Во дворе дома завели мотор грузовика, чтобы в округе не было слышно звука выстрелов.
Юровский кратко сообщил арестантам, что их сейчас расстреляют. По воспоминаниям охранника Никулина, Юровский сказал: «Ваши друзья наступают на Екатеринбург, и поэтому вы приговорены к смерти». Сам Юровский в воспоминаниях описал эту сцену так: «…я тут же, насколько помню, сказал Николаю примерно следующее, что его царственные родственники и близкие как в стране, так и за границей, пытались его освободить, а что Совет рабочих депутатов постановил их расстрелять». Слова Юровского оказались полной неожиданностью для всех арестантов. Николай II воскликнул «Что? Что?» и обернулся к семье. В этот момент началась стрельба.
Царь, как и Александра Фёдоровна, получил множество ранений и умер почти мгновенно. Однако некоторые из приговорённых ещё долго оставались живы. Так, никто не стал стрелять в цесаревича и подросток лежал на полу, оглушенный происходившим, но невредимый. Юровский подошёл к Алексею и выстрелил ему в голову. Также остались живы некоторые великие княжны, включая Анастасию, — пули, попадая в корсеты их платьев, отскакивали рикошетом. Их попытались заколоть, но даже это оказалось трудно. Как позже выяснилось, перед отъездом из Тобольска великие княжны, с помощью служанок, вшили в своё нижнее бельё те брильянты, которые были у царской семьи, чтобы скрыть их от охранников. Эти корсеты с брильянтами при казни сработали в качестве бронежилетов. Наконец, горничная Демидова также осталась жива, так как прикрывалась подушкой, в которую тоже оказались зашиты драгоценности. Когда у расстрельной команды закончились патроны и выстрелы стихли, Демидова встала в углу комнаты и закричала: «Слава Богу! Меня Бог спас!». Тогда Ермаков схватил винтовку и начал тыкать женщину штыком, пока она не умерла.
Когда трупы были погружены на грузовик, Юровский поручил начальнику караула Медведеву организовать уборку помещений и замыть следы крови в расстрельной комнате, а сам уехал вместе с Ермаковым на заброшенный Четверобратский рудник — урочище Ганина яма — для захоронения трупов. Там их уже ждали отобранные Ермаковым люди, заранее оцепившие район рудника, и запретившие местным крестьянам выходить из деревни в этот район. Трупы раздели догола и начали сжигать одежду в кострах. При этом обнаружились драгоценности, зашитые в нижнее бельё императрицы и великих княжон. Некоторые охранники попытались присвоить их себе и Юровскому пришлось жёстко, угрожая расстрелом, пресечь попытки воровства. Обнажённые трупы сбросили в шахту и забросали её гранатами, рассчитывая на то, что ствол шахты обвалится и захоронит останки. Однако стенки шахты не обвалились и вода в ней едва покрывала тела. Понимая, что трупы будет легко обнаружить, к тому же и местные крестьяне уже знали о том, что на руднике что-то произошло, Юровский принял решение перезахоронить трупы в другом месте.
Вечером 18 июля Юровский с несколькими чекистами и красноармейцами вернулся на Ганину Яму, достал трупы из шахты и повёз их на грузовике по Старой Коптяковской дороге на другое место, где находились гораздо более глубокие шахты. Около полпятого утра, когда грузовик проезжал через трясину в Поросёнковом логу, в 7,5 километрах от Ганиной Ямы, машина застряла. Убедившись, что посторонних рядом нет, Юровский приказал уничтожить трупы прямо на этом месте. Сначала попытались уничтожить два тела — цесаревича и одно из женских — тщательно обработав их серной кислотой и сжигая на костре недалеко от дороги. Эти два тела были сожжены и захоронены там же, под кострищем, но дело продвигалось слишком медленно, без достаточного количества горючего материала тела горели долго, а приближалось утро. Тогда Юровский приказал остальные трупы закопать в трясину прямо посреди дороги.