Некоторое время спустя последовало решение переправить Романовых в Тобольск. Решение объяснялось всё теми же соображениями безопасности. Семья Романовых разместилась в Губернаторском доме. Ссыльные были хорошо обеспечены продовольствием, но свобода передвижения ограничивалась периметром забора. Все получаемые Романовыми письма просматривались, а выходить в город им разрешалось только для посещения Благовещенской церкви. Семья нашла себе занятие на новом месте, они чистили дорожки, рубили дрова, Николай каждое утро пил чай с детьми. 

7 марта 1917 г. Временное правительство приняло постановление: «Признать отрёкшегося Императора Николая II и его супругу лишёнными свободы и доставить отрёкшегося Императора в Царское Село». Арест бывшего императора и всей царской семьи осуществлял генерал-лейтенант Л. Г. Корнилов. В Царском Селе был устроен огород, на котором трудилась императорская семья, оставшаяся прислуга и приближённые. Керенский же составил инструкцию, вводившую в Царском Селе особый режим: царская семья и все, кто пожелали остаться с ней, изолировались от внешнего мира; любые свидания были возможны с разрешения лично Керенского; переписка членов царской семьи подвергалась цензуре. Периодически вводились и другие ограничения, например, председатель Временного правительства пытался минимизировать личное общение Николая и Александры Фёдоровны, они не могли спать в одной комнате, супруги виделись только за общим столом и могли говорить по-русски. 

Расправа над членами дома Романовых под Алапаевском произошла в ночь на 18 июля 1918 года - на следующий день после расстрела царской семьи в Екатеринбурге. В условиях Гражданской войны и нестабильности большевики стремились изолировать представителей династии, перевозя их на Урал. Великие князья и приближённые были размещены в Алапаевске, где сначала содержались в сравнительно мягких условиях, но вскоре режим был ужесточён.
В ночь на 18 июля арестованных вывезли за город под предлогом перевода в безопасное место. На самом деле их доставили к заброшенной шахте рудника Нижняя Селимская, где над ними была совершена внесудебная расправа: их оглушили, одного застрелили при сопротивлении и сбросили в шахту, которую затем засыпали.
Жертвами стали восемь человек, включая великую княгиню Елизавету Фёдоровну и её приближённых. Позже выяснилось, что некоторые из них умерли не сразу, а от ран и истощения. Советская власть пыталась скрыть преступление, объявив о «похищении», однако впоследствии это было опровергнуто.

ВЦИК Свердлов направил комиссару Яковлеву записку о переводе Николая в Екатеринбург. Поезд с семьей Романовых (Николай, его супруга и дочь Мария Николаевна, остальных привезли позже) прибыл в Екатеринбург утром 17 апреля 1918 года. Пять часов не могла охрана вывести семью Николая из состава, потому что на перроне стояла разъяренная толпа горожан, которая требовала «предъявить им Романовых». Большая часть людей разошлась только после того, как на перрон выкатили пулеметы. Режим, установленный в Доме особого назначения, был более суровым, чем в Тобольске. Всего организовали 11 постов охраны, внешней и внутренней, члены семьи находились под постоянным контролем, время прогулок сократили, осуществлялась проверка комнат, запрещался любой физический труд. Кто принял окончательное решение о расстреле и было ли решающим мнение Москвы, так и не ясно. Но к середине июля было очевидно, что Екатеринбург вот-вот падёт: к городу подступала Сибирская армия. Кроме того, были опасения, что, если попробовать переправить семью бывшего императора куда-то ещё, последуют попытки их освободить. В ночь с 16 на 17 июля 1918 г. охранники Ипатьевского дома разбудили Евгения Боткина и сказали, что обстановка в городе неспокойная, всем обитателям дома надо срочно спуститься в подвал, где безопаснее. Так они и сделали. После того, как члены царской семьи расположились в комнате, вошёл Юровский, зачитал приговор и отдал команду стрелять. 

После расстрела царской семьи в Екатеринбурге в ночь на 17 июля 1918 года большевики предприняли попытку скрыть следы преступления. Тела были тайно вывезены из Дома Ипатьева в район Ганиной Ямы, заброшенного рудника, выбранного из-за его удалённости и труднопроходимости. Перевозкой руководил комиссар Пётр Ермаков, а главным за всё происходящее был Яков Юровский. На месте предпринимались меры по уничтожению останков: по данным следствия, тела обливали серной кислотой и бензином, сжигали одежду и личные вещи, а затем сбрасывали в шахту и засыпали землёй. Однако вскоре выяснилось, что полностью скрыть следы в этом месте затруднительно, так как существовал риск обнаружения, а сами работы продвигались медленно.
В результате было принято решение изменить план действий. Останки извлекли и перевезли в более укромное место, Поросёнков лог, где захоронение было лучше замаскировано. Часть тел захоронили отдельно, чтобы ещё больше запутать возможное расследование. 

При создании храма архитекторы руководствовались русскими и византийскими традициями. Именно в таком стиле возводились церкви во времена правления Николая II. Собор увенчан пятью золотыми куполами на восьмигранных барабанах, его высота - 60 метров. 10 из них занимает православный крест. Внешнее убранство церкви наполнено символизмом: стены собора у основания отделаны красным гранитом, который напоминает о пролитой крови. А к входу поднимаются 23 ступени, по словам именно столько вели в подвал, где были расстреляны Романовы.

Современным местом памяти трагедии расстрела царской семьи в Екатеринбурге является Храм-на-Крови - один из главных мемориалов, посвящённых гибели Романовых.
Он был построен в 2000-2003 годах на месте дома Ипатьева. Сегодня храм стал не только важным религиозным центром, но и символом исторической памяти, привлекающим паломников и туристов со всего мира. Рядом с храмом установлен памятник царской семье, а сам комплекс включает музей, посвящённый их жизни и гибели.