Уехав из Шверина, Петр продолжал путешествовать по Европе. За последние месяцы 1716 года и за девять месяцев 1717-го он побывал в Пруссии, Голландии, Франции и Бельгии, после чего в октябре 1717 года вернулся в Петербург.
Почти все время, пока находился он за границей, царь неотступно следил за тем, как идут поиски беглого сына, и делал все, чтобы заполучить Алексея в свои руки.
А события, связанные с возвращением Алексея Петровича, между тем развивались так: летом 1717 года в Вене появились полномочные эмиссары русского царя — тайный советник Петр Толстой и капитан гвардии Алексей Румянцев, сопровождавшие государя в его поездке по Европе.
Они приехали сюда из бельгийского курортного города Спа, где Петр вручил им 1 июля инструкцию относительно всего, что им предстояло сделать. Затем 10 июля Петр добавил к инструкции свое письмо к Карлу VI, в котором просил императора передать царевича в руки тайного советника Толстого, приведя убедительные юридические и моральные доводы.
29 июля Толстой вручил письмо императору, но Карл, прочитав послание, заявил, что письмо показалось ему недостаточно ясным и ему требуется какое-то время, чтобы правильно истолковать просьбу царя.
Не дожидаясь ответа. Толстой на следующий день заехал к герцогине Вольфенбюттельской — матери покойной жены Алексея Софьи-Шарлотты, вторая дочь которой, родная сестра Софьи-Шарлотты и, следовательно, свояченица Алексея, была женой императора Карла.
Герцогиня, выслушав Толстого, обещала сделать все, чтобы помирить Петра и Алексея, но Толстой сказал, что примирение возможно только в одном случае, — если Алексей согласится вернуться в Россию.
7 августа император позвал к себе трех своих тайных советников для решения этого вопроса, и они согласились, что все следует предоставить воле царевича. А 12 августа Толстому и Румянцеву разрешено было ехать в Неаполь для встречи с Алексеем. Из-за беспрерывных проливных дождей агенты Петра добрались до Неаполя лишь 24 сентября.
На следующий день их принял вице-король Неаполя Вирих-Филипп-Лоренц, граф Даун, князь Тиана, и предложил назавтра устроить свидание с Алексеем у него во дворце и при его, Дауна, присутствии, придав всему характер непринужденной дружеской встречи. Однако как только Алексей увидел Толстого и Румянцева, несмотря на присутствие гостеприимного хозяина дома, затрепетал от страха, а посланцы Петра с места в карьер стали решительно требовать от Алексея покориться отцовской воле и немедленно ехать в Россию.
После первой встречи последовали еще три, во время которых ласки и посулы сменялись угрозами. Наконец, во время пятой встречи, 3 октября, царевич согласился ехать домой, после того как Толстой сказал ему: Петр не остановится даже перед тем, чтобы применить силу оружия против Австрии, но все равно добудет непокорного изменника-сына.
Согласившись ехать, Алексей попросил только об одном — разрешить ему обвенчаться с Ефросиньей, которая была на четвертом месяце беременности. Петр разрешил, в частности и потому, что именно Ефросинья уговорила Алексея возвратиться в Россию.
Съездив в расположенный неподалеку от Неаполя город Бари и поклонившись там мощам святого чудотворца Николая Мирликийского, Алексей 14 октября отправился на родину. Ефросинья сначала ехала вместе с Алексеем, но потом отстала, чтобы продолжать путь не спеша и не подвергать себя опасности выкидыша или неблагополучных родов.
Алексей с дороги писал ей письма, пронизанные любовью и заботой. Он советовал Ефросинье обращаться к врачам и аптекарям, беспокоился, удобный ли у нее экипаж, тепло ли она одета, посылал ей немалые деньги, а потом послал и бабок-повитух, которые могли бы хорошо принять роды.
Проехав Италию, Австрию и немецкие земли, Алексей через Ригу, Новгород и Тверь 31 января 1718 года прибыл в Москву. А Ефросинья в середине апреля приехала в Петербург и недели через две должна была родить ребенка. Однако о ее родах и о том, кто именно родился — мальчик или девочка, — нет никаких сведений.
Зато хорошо известно, как ждал ее Алексей Петрович, как надеялся, что отец все-таки разрешит им обвенчаться и позволит жить вместе, частной жизнью, в одной из деревень под Москвой. Но ничему этому не суждено было статься. Как только Ефросинья вернулась в Петербург, ее тут же арестовали, посадили в крепость и приступили к допросам. Правда, ее ни разу не пытали, а Петр всячески выказывал ей свои симпатии. Это объясняли тем, что данные Ефросиньей показания окончательно погубили царевича. Ей, конечно же, запретили и думать о венчании, а свидания ее с Алексеем происходили только во время очных ставок в застенках Преображенского приказа.
А царевич, сразу же после приезда в Москву, 3 февраля был приведен в Столовую палату Теремного Кремлевского дворца и в присутствии генералитета, министров и высших церковных иерархов пал перед Петром на колени и отрекся от прав на престол, попросив у отца «жизни и милости». Петр обещал сохранить ему жизнь, если он откроет имена всех участников побега, на что Алексей немедленно согласился и тут же назвал всех сообщников.
В Преображенский приказ прежде всего были доставлены главные сообщники Алексея — Кикин, Вяземский, Афанасьев и Долгорукий, а вслед за ними на допросах и пытках оказалось более пятидесяти человек.
Следствие, начавшееся в феврале 1718 года, продолжалось до середины июня, когда после очных ставок Алексея и Ефросиньи была установлена «сугубая вина» царевича и он сам попал в каземат Петропавловской крепости, а затем и был подвергнут пыткам.