14 сентября заговорщики явились на Бударинский форпост и сдали Пугачева с рук на руки сотнику Харчеву. В ночь на 15 сентября Пугачева доставили в Яицкий городок, а через день капитан Маврин начал допрос Пугачева. Оттуда в специальной железной клетке, под охраной воинских частей с артиллерией, Пугачева повезли в Симбирск, куда он был доставлен 1 октября. Через день в Симбирск приехал командовавший войсками, действовавшими против Пугачева, граф Панин. «Как смел ты, ворон, назваться государем?» — с яростью спросил Пугачева его «усмиритель». «Я не ворон, я вороненок, а ворон-то еще летает», — бросил ему в ответ Пугачев. Панин набросился на Пугачева, избил его, и вырвал клок бороды. В ноябре Пугачева привезли в Москву и посадили на цепь в Монетном дворе в Охотном ряду. Начались новые допросы. Здоровье Пугачева уже было подорвано пытками, которым он подвергался в Яицком городке и Симбирске. Опасаясь, что Пугачев умрет до того, как от него «выведают» все, Екатерина II отдала приказ, чтобы во время допросов, проявлял и «возможную осторожность». 31 декабря Пугачев предстал перед судом, а 9 января был вынесен приговор: «Учинить смертную казнь, а именно: четвертовать, голову взоткнуть на кол, части тела разнести по частям города и наложить на колеса, а после на тех же местах сжечь».
Настал день 10 января, холодный, ветреный. На Болотной площади, оцепленной войсками, стоял эшафот. В санях привезли Пугачева и Перфильева, тоже приговоренного к четвертованию. Современники сообщают: «Незаметен был страх на лице Пугачева. С большим присутствием духа сидел он на своей скамейке». Пугачев взошел на эшэфот, перекрестился и, кланяясь во все стороны, стал прощаться с народом: «…прости, народ православный». Палачи набросились на Пугачева, сорвали тулуп, стали рвать кафтан. Пугачев упал навзничь и «вмиг окровавленная голова уже висела в воздухе» (А. С. Пушкин). Не желая создавать Пугачеву ореол мученика, Екатерина II отдала приказ не четвертовать Пугачева, а отсечь ему голову. «Привеликим гулом» и «оханьем» ответил народ на смерть вождя.
Вместе с Пугачевым казнили Перфильева, повесили Шигаева, Подурова и Торнова. Предатели Чумаков, Творогов, Федульев и другие получили «высочайшее помилованье» и были высланы на жительство в Лифляндскую губернию.
В старую крепость Кексгольма сослали семью Пугачева: Софью, Трофима, Аграфену, Христину и вторую жену Устинью Кузнецову. Отсюда они уже не вышли.
