26 сентября 1716 г. Алексей выехал из Петербурга в Ригу. С ним были его любовница Ефросинья (по мнению Н.И.Костомарова, она была крепостной девушкой у Н.К.Вяземского), ее брат Иван Федоров и трое служителей. В Риге царевич занял 7 тысяч рублей у обер-комиссара Исаева и отбыл якобы в Данию. Но это была видимость. На самом деле он прибыл в Австрию и стал просить убежища у цесаря Карла VI, приходившегося Алексею шурином (Карл был женат на сестре Софии Шарлотты).
А перед этим состоялось драматическое «объяснение» отца с сыном. Петр предложил Алексею либо отречься от престола и удалиться в монастырь, либо участвовать во всех государственных делах. Царевич отказался от наследства, тогда царь потребовал его пострижения. Алексей согласился и на это, но Петр решил дать ему возможность еще подумать. Во время пребывания Алексея за границей царь потребовал от сына либо пострижения, либо скорейшего возвращения на родину. Вот тогда-то и родилась у Алексея эта идея «маневра» из России в Вену.
Петр приказал найти беглеца и доставить к нему. 12 ноября царевич из Вены переехал в близлежащее местечко Вейербург, а затем скрылся в тирольской крепости Эренберг. Но 19 марта 1717 г. в Вену приехал капитан гвардии Александр Румянцев с тремя офицерами. Им велено было схватить царевича и доставить в Мекленбург.
Когда в венском дворце узнали, что местопребывание царевича русскими открыто, в Эренберг был отправлен императорский секретарь Кейль, который известил Алексея о его положении и предложил выбор: ехать в Санкт-Петербург или в Неаполь. Царевич выбрал последнее. 15 апреля тайно под именем императорского офицера с одним слугой (это была переодетая Ефросинья) Алексей выехал из Эренберга в Италию. Миновав Инсбрук, Мантую, Флоренцию, Рим, он 6 мая прибыл в Неаполь. Но Румянцев проследил его путь. Петр послал к императору тайного советника Петра Андреевича Толстого и того же капитана Румянцева. 26 июля Толстой и Румянцев были у Карла VI. Спустя два месяца, 26 сентября, Толстой и Румянцев встретились с Алексеем Петровичем в доме наместника цесаря в Неаполе, графа Дауна. Царевич был в страхе. Он думал, что посланцы отца приехали его убить. Больше всего Алексей опасался Румянцева. Здесь ему было вручено письмо от отца. 28 сентября состоялось второе свидание. Царевич не хотел возвращаться. Тогда Толстой и Румянцев стали ему угрожать. Вмешался Даун, который должен был уговорить Алексея ехать к отцу. Лишь 3 октября Толстой известил Петра, что царевич согласился ехать в Россию. 4 октября Алексей сам известил Петра о возвращении домой, 11 октября начался обратный путь на родину.
Алексей неоднократно просил разрешения царя обвенчаться с Ефросиньей, но Петр не разрешил. 31 января 1718 г. царевич был доставлен в Москву, а Ефросинья (беременная от Алексея) прибыла в Нюрнберг. Она возвратилась в Санкт-Петербург лишь в середине апреля.
Петр вернулся из длительной зарубежной поездки в Россию раньше сына. Несмотря на дипломатические успехи (заключение Амстердамского договора, согласно которому Франция воздерживалась от помощи Швеции), возвращался он на родину в мрачном настроении. Царь вспомнил свое первое пребывание за границей, тогда дела в стране были нелегкими. Но вот прошло время. Софья умерла в монастыре, стрелецкий бунт был позади, Полтавская битва уже вошла в историю, рухнули замыслы донской голытьбы, не стало изменника Мазепы. Минуло много лет, трудных и незабываемых. Казалось, что изменились времена. Русский флот победоносно действовал на Балтийском море. Рига, Ревель, Швеция были побеждены. С большим успехом действовала русская дипломатия. И вдруг известие, что родной сын изменил ему, царю, радеющему за Отечество. Петр решал, как с ним поступить.
По приезде в Россию царевич не знал, что его ждет впереди. 3 февраля 1718 г. в Москве, в Кремлевском дворце, собрались вельможи, светские люди, духовенство. Явился царь. Ввели царевича, он был без шпаги. Отец обвинил сына в измене родине. Алексей бросился в ноги к отцу и стал каяться. Петр обещал ему милость при двух условиях: если он откажется от наследования престола и назовет всех людей, которые посоветовали ему бежать за границу. Царевич на все согласился и тут же написал повинную. Царь вышел с сыном в соседнюю комнату, где царевич назвал ему своих сообщников. После этого все пошли в Успенский собор, где царевич перед Евангелием отрекся от престола и подписал клятвенное обязательство. Наследником Петра был объявлен его трехлетний сын Петр Петрович. В тот же день манифест об отречении Алексея от престола был объявлен всенародно. 4 февраля царевич раскрыл своих сообщников, указав на советника из Адмиралтейства Александра Кикина, сенатора Михаила Михайловича Самарина, родственника первой жены царя Петра I — Петра Авраамовича Лопухина, графа Петра Матвеевича Апраксина (брата адмирала Федора Апраксина), генерала князя Василия Владимировича Долгорукого, царевну Марию Алексеевну и многих других.
Первым схватили Кикина. Его пытали и приговорили к смертной казни. Некогда любимцу Петра, а затем казнокраду и изменнику Кикину отрубили голову. Долгорукого в оковах из Санкт-Петербурга доставили в Москву. Его лишили чинов и отправили в ссылку в Соль-Камскую (Соликамск).
Одновременно с этим розыском шел другой. Капитан-поручика гвардии Григория Скорнякова-Писарева направили в Суздаль, в Покровский монастырь, к инокине Елене, первой жене Петра. Ее доставили в Москву. Еще в дороге Евдокия Федоровна написала Петру повинную. В ходе следствия установили любовную связь Евдокии с присланным в Суздаль для солдатского набора Степаном Глебовым. В ходе следствия немногие были оправданы. Остальных же сурово наказали: кого казнили, кому отрезали язык, кого постригли и отправили в монастырь, кто жизнь продолжил в ссылке. Царицу-инокиню Елену отправили в Старую Ладогу в девичий монастырь, а царевну Марию — в Шлиссельбург.
Московский розыск окончился. 18 марта 1718 г. царь и Алексей отправились в новую столицу. Царевич мечтал встретиться с Ефросиньей и жениться на ней. Однако при допросе Ефросинья открыла много нового против Алексея. Царевич вынужден был снова давать объяснения, выяснился круг новых связей. Если в Москве Петр оправдывал своего сына, то после показаний Ефросиньи расположение к нему резко изменилось. Петр не решился единолично принять решение о судьбе своего сына. 24 июня 1718 г. царь собрал министров, видных гражданских чиновников, военных, духовенство (всего 127 человек) и просил определить меру наказания Алексею. Царевича из Петропавловской крепости привезли на допрос. 19 июня Алексея пытали. Ему дали 25 ударов. Вторую пытку царевичу устроили 25 июня — было дано 15 ударов. 24 июня состоялся приговор суда. Алексея признали виновным. 26 июня 1718 г. в 6 часов пополудни «будучи под караулом в Трубецком роскате в гарнизоне, царевич Алексей Петрович преставился» (он, видимо, не выдержал пыток). 30 июня царевич был похоронен в Петропавловском соборе в одном месте с женой. Похороны состоялись в присутствии царя и царицы. Были и другие неофициальные сведения о смерти Алексея. По одним из них (иностранным), царевич был отравлен, по другим (русским) — задушен подушками.
После смерти царевича Петра Петровича, случившейся 25 апреля 1718 г., взоры многих были обращены к трехлетнему Петру Алексеевичу, сыну осужденного и казненного царевича. В нем видели мстителя за отцовскую смерть.
В то время как Петру пришлось отвлечься от внешней политики в связи с разбирательством дела сына Алексея, 12 мая 1718 г. начались русско-шведские переговоры. Они проходили на Аландских островах и в историю вошли как Аландский конгресс. С русской стороны царь поручил ведение переговоров Якову Вилиминовичу Брюсу (выходец из семьи обрусевших шотландцев, выдающийся ученый, сподвижник Петра) и Андрею Ивановичу Остерману (родом из Вестфалии, дипломату). Со шведской стороны переговоры вел ближайший и самый доверенный министр Карла XII барон Герц. Переговоры шли тяжело, долго, так как каждая из сторон преследовала свои цели. Россия стремилась к миру, Швеция пыталась вовлечь Россию в войну против всех стран Европы, включал Данию, Великобританию, Францию, Испанию. Русские дипломаты старались выдерживать инструкцию царя (правда, Остерман, не всегда понимая дальние замысли Петра, делал ошибки). Неизвестно, чем бы закончились эти переговоры, если бы не смерть Карла XII. Он погиб при странных обстоятельствах. 14 декабря при осаде крепости Фридрисгалл на острове Сундшер в Норвегии ему в голову попала шальная пуля. Королевой Швеции объявили Ульрику Элеонору, которая тут же арестовала Герца. Его вскоре казнили, а со смертью любимца Карла XII рухнули все авантюристические и фантастические планы Швеции.
