После полуночи в ночь с 16 на 17 июля Юровский разбудил членов семьи, приказал им одеться и велел собраться в одной из комнат на первом этаже. Он им сообщил, что белые уже ведут бои на улицах города. Грузовик с заведенным мотором ждал царскую семью на улице. Александре и Алексею принесли стулья. Зачитав подписанный большевиками смертный приговор, Юровский выстрелил Николаю в голову – это был сигнал другим участникам расстрела открыть огонь по заранее указанным целям. Тех, кто не погиб сразу, закололи штыками.
Тела побросали в грузовик и отвезли в заброшенную шахту за городом, где их облили кислотой и закопали. 19 июля большевики объявили о казни императора и сообщали, что Александра Федоровна и дети были отправлены в безопасное место. Кроме того, осенью 1918 года большевики вели переговоры с Германией об обмене бывшей императрицы и ее детей на русских политзаключенных.
Через неделю после убийства семьи захватившие город белые начали расследование.
Факты изучались двумя следователями. Первый пришел к выводу, что Николай действительно был убит в ночь с 16 на 17 июля, однако бывшей царице, ее сыну и четырем дочерям сохранили жизнь. Этого было недостаточно для того, чтобы заклеймить большевиков как кровавых убийц и вызвать за рубежом сочувствие к мученикам семьи Романовых.
Поэтому в 1919 году было начато новое расследование. Второй следователь обнаружил в шахте такие трогательные улики, как миниатюрная булавка, которую царевич использовал в качестве рыболовного крючка, драгоценные камни, зашитые в поясах у великих княжон, и скелет маленькой собачки (вероятно Татьяны). Однако из реальных человеческих останков были найдены только небольшие фрагменты костей. Результаты этого расследования следователь опубликовал в 1924 году в Европе.
Нашлись люди, которые с полной уверенностью заявляли о том, что царица с детьми отбыла из Екатеринбурга поездом 17 июля. Они считали, что истории о расстреле всех членов семьи, сфабрикованы. Брат Александры Федоровны даже получил информацию от немецкого секретного агента, что его сестра жива и в безопасности.