Den kejserlige familie blev sendt i husarrest i Sibirien. I april og maj 1918 blev medlemmer af Romanov-familien flyttet til Ipatiev-huset – et købmandshus i Jekaterinburg.
Efter revolutionen brød borgerkrigen mellem den bolsjevikiske “røde” hær og de antibolsjevikiske “hvide” russiske styrker ud i juni. I juli rykkede den hvide hær frem mod Jekaterinburg.
De lokale myndigheder fik ordre til at forhindre en redning af Romanovs, og efter et hemmeligt møde i Jekaterinburgs sovjet blev kejserfamilien dømt til døden.
Natten til den 16. juli 1918 blev familien beordret til at klæde sig på og gå ned i kælderen i Ipatiev-huset, hvor de blev stillet op på række, som om de poserede til et familiefoto. Der blev de skudt af bolsjevikiske tropper ved hjælp af en skydepatrulje og bajonetteret til døde.
Familiens jordiske rester blev fundet i en massegrav i Uralbjergene i 1991. Efterfølgende DNA-test bekræftede identiteten af Nicholas, Alexandra og tre af deres døtre.
Resten af Alexei og en af hans søstre forblev et mysterium indtil 2007, hvor en anden grav blev opdaget i nærheden af den større massegrav. Graven indeholdt resterne af to delvist brændte skeletter, som efterfølgende DNA-test viste, at de tilhørte Alexei og en af hans søstre, sandsynligvis Anastasia eller Maria.
Anastasia Romanov
I kølvandet på zar Nikolajs henrettelse svirrede rygter om, at hans yngste datter, Anastasia Romanov, måske var undsluppet sin families grumme skæbne. Legenden varede ved i næsten et århundrede og inspirerede til adskillige bøger og film. I årenes løb har snesevis af kvinder stået frem og hævdet at være Romanov-prinsessen.
Den mest kendte Anastasia-efterligner var Anna Anderson, en ung kvinde, der blev trukket op af en kanal i Berlin, Tyskland, i 1920 efter et selvmordsforsøg. Anderson blev sendt til en anstalt, hvor hun fortalte sine medpatienter, at hun var storhertuginde Anastasia.
Hendes påstande fik offentlig opmærksomhed, selvom de fleste medlemmer af den udvidede Romanov-familie troede, at hun var en bedrager. En privat undersøgelse finansieret af zarina Alexandras bror i 1927 fandt ud af, at Anna Anderson i virkeligheden var en polsk fabriksarbejder ved navn Franziska Schanzkowska med en fortid med psykisk sygdom.