Началось дознание, за которым с большим интересом наблюдал сам Александр III. Всего по делу было привлечено 79 человек. Ульянова допрашивали шесть раз. Сначала он отказался давать показания, но затем, поняв, что отпираться бесполезно, решил взять всю вину на себя, чтобы по возможности выгородить своих товарищей. «Я признаю свою виновность в том, что принадлежал к террористической организации фракции партии «Народной воли», принимал участие в замысле лишить жизни Государя Императора – заявил он в письменном признании. – Участие мое выражалось в следующем: в феврале этого года… я приготовлял некоторые части разрывных метательных снарядов, предназначавшихся для выполнения этого замысла, а именно: часть азотной кислоты для приготовления динамита и часть белого динамита, количество которого определить отказываюсь; затем я приготовлял часть свинцовых пуль, предназначавшихся для заряжения снарядов, для чего я резал свинец и сгибал из него пули, но стрихнином пуль не начинял». Александр Ульянов не отрицал, что знал, кто должен был совершить покушение, но, продолжал он в своем признании, «кто эти лица, кто доставлял ко мне и кому я возвратил снаряды, кто вместе со мной набивал снаряды динамитом, я назвать и объяснить не желаю; в приготовлении третьего снаряда я не участвовал, и его у себя не хранил; мне известно, что всех снарядов было три, по крайней мере, я не слышал, чтобы было больше снарядов. Ни о каких лицах, а равно ни о называемых мне теперь Андреюшкине, Генералове, Осипанове и Лукашевиче никаких объяснений в настоящее время давать не желаю. Точно времени, назначенного для выполнения покушения, я определить не могу, а сделать это приблизительно в настоящее время отказываюсь». Свою роль как руководителя он определял следующим образом: «Я не был ни инициатором, ни организатором замысла на жизнь государя императора», но позже объясняет эти слова тем, что «в этом деле не было одного определенного инициатора и руководителя». Он не отрицал, что единственное средство для достижения некоторых «экономических идеалов» он видел в террористической борьбе, которая, по его убеждению, «вынудит правительство к некоторым уступкам в пользу наиболее ярко выраженных требований общества». «Террор есть та форма защиты, к которой может прибегнуть меньшинство, сильное только духовной силой и сознанием своей правоты против сознания физической силы большинства».
Вскоре об аресте Александра узнали в Симбирске. Мария Александровна немедленно выезжает в Петербург. 28 марта она пишет прошение на имя императора. Александр III делает на нем резолюцию: «Мне кажется желательным дать ей свидание с сыном, чтобы она убедилась, что это за личность – этот ее милейший сынок, и показать ей показания ее сына, чтобы она видела, каких он убеждений». Встреча была трогательной. Александр плакал и обнимал колени матери, прося ее простить его за причиняемое горе, рассказывал ей о долге перед родиной, который вынудил его пренебречь долгом перед семьей.
15 апреля начался судебный процесс. Перед судом особого присутствия Правительствующего сената предстали 15 человек, обвиняемых в покушении на жизнь императора. А. Ульянов отказался от казенного защитника и сам произнес речь в свою защиту, в которой вместо раскаяния и попыток оправдать себя он говорил о своих убеждениях и причинах, толкнувших его на этот путь борьбы с самодержавием. Речь его поразила всех. «Как хорошо говорил Саша: так убедительно, так красноречиво, – вспоминала присутствовавшая на заседании суда мать. – Я не думала, что он может так говорить».