Keisarillinen perhe lähetettiin kotiarestiin Siperiaan. Huhti- ja toukokuussa 1918 Romanovin perheen jäsenet siirrettiin Ipatjevin taloon – kauppiaan taloon Jekaterinburgissa.
Vallankumouksen jälkeen kesäkuussa syttyi sisällissota bolshevikkien ”punaisten” armeijan ja bolshevikkien vastaisten ”valkoisten” venäläisten joukkojen välillä. Heinäkuuhun mennessä valkoisten armeija eteni Jekaterinburgiin.
Paikalliset viranomaiset määrättiin estämään Romanovien pelastaminen, ja Jekaterinburgin neuvostossa pidetyn salaisen kokouksen jälkeen keisarillinen perhe tuomittiin kuolemaan.
Yönä 16. heinäkuuta 1918 perhe määrättiin pukeutumaan ja menemään alas Ipatjevin talon kellariin, jossa heidät asetettiin riviin ikään kuin poseerattaisiin perhevalokuvaa varten. Siellä bolshevikkijoukot ampuivat heidät ampumalla ja pistimillä kuoliaaksi.
Perheen jäännökset löydettiin joukkohaudasta Ural-vuorilta vuonna 1991. Myöhemmin tehdyt DNA-testit vahvistivat Nikolai, Aleksandran ja kolmen heidän tyttärensä henkilöllisyyden.
Aleksein ja yhden hänen sisarensa jäännökset pysyivät mysteerinä vuoteen 2007 asti, jolloin toinen hauta löydettiin läheltä suurempaa joukkohautaa. Hauta sisälsi kahden osittain palaneen luurangon jäännökset, joiden myöhempi DNA-testi osoitti kuuluvan Alekseille ja yhdelle hänen siskoistaan, todennäköisesti Anastasialle tai Marialle.
Anastasia Romanov
Tsaari Nikolai teloituksen jälkeen liikkui huhuja, joiden mukaan hänen nuorin tyttärensä Anastasia Romanov olisi saattanut paeta perheensä karua kohtaloa. Legenda säilyi lähes vuosisadan ajan ja innoitti lukuisia kirjoja ja elokuvia. Vuosien mittaan kymmeniä naisia ilmoittautui ja väitti olevansa Romanovin prinsessa.
Tunnetuin Anastasian huijari oli Anna Anderson, nuori nainen, joka vedettiin kanavasta Berliinissä Saksassa vuonna 1920 itsemurhayrityksen jälkeen. Anderson lähetettiin mielisairaalaan, jossa hän kertoi kanssapotilailleen olevansa suuriruhtinatar Anastasia.
Hänen väitteensä saivat julkista huomiota, vaikka suurin osa laajennetun Romanov-suvun jäsenistä uskoi hänen olevan huijari. Tsaaritar Aleksandran veljen vuonna 1927 rahoittamassa yksityisessä tutkimuksessa selvisi, että Anna Anderson oli todellisuudessa puolalainen tehdastyöläinen nimeltä Franziska Schanzkowska, jolla oli ollut mielisairauksia.