Для проведения суда Конвент учредил Чрезвычайный трибунал, куда короля вызывали два раза, 11 и 26 декабря. Король отрицал все предъявленные ему обвинения и не старался защищаться, осознавая всю бесполезность этого. Перед вторым вызовом в суд он составил завещание. Трибунал признал его поведение предательством и почти единогласно вынес вердикт «виновен». Но мнения членов Конвента разделились относительно того, какое наказание присудить ему. Ввиду сложного международного положения изгнание не представлялось возможным. Часть членов, в основном жирондисты, высказывались за тюремное заключение вплоть до возвращения мира. Поступило было предложение провести всенародное голосование, но это потребовало бы сложной организации этого процесса, так что идея была отвергнута.
Было проведено голосование в Конвенте, с тщательным подсчетом каждого голоса. Луи Капет был приговорен к смертной казни незначительным большинством. Для большего драматизма считалось, что решающий голос подал герцог Орлеанский, двоюродный брат короля, и монархисты хором проклинали низость его падения. 20 января 1793 года Людовику сообщили о вынесенном решении. Король попросил три дня отсрочки, но ему отказали, ибо казнь была назначена уже на следующий день. Людовику разрешили встретиться со священником по его выбору и свидеться с семьей. На следующий день в полдевятого утра короля увезли. В отличие от обычных преступников, его в сопровождении аббата повезли к месту казни в приличной карете. Улицы были полны народу. Существует предание, что роялисты во главе с отчаянным бароном де Бацем хотели похитить короля по дороге к площади Революции, но не смогли пробиться через толпы народа и вооруженной охраны. В течение всего пути король смиренно читал молитвы. У подножья эшафота ему хотели связать руки, но он запротестовал, сочтя это унижением. Людовик уступил только тогда, когда аббат де Фирмон привел ему пример Христа. В последнюю минуту король закричал зычным голосом:
В десять часов утра в Тампле подали завтрак, к которому никто из заключенных не притронулся. В 10.22 раздался мощный пушечный залп и крики:
Женщины зарыдали, но, когда немного успокоились, по легенде, все три принцессы опустились на колени перед восьмилетним дофином Луи-Шарлем, назвав его Людовиком ХVII. С тех пор женщины всегда пропускали его вперед, и за столом мальчика всегда обслуживали первым.
Одной из последних просьб Людовика к Конвенту была следующая:
Вдова Капет
С тех пор как ее разлучили с мужем, Мария-Антуанетта сильно изменилась. Постоянное нервное напряжение заставило ее исхудать до неузнаваемости, она почти ничего не ела и погрузилась в состояние полного оцепенения. Такое состояние обеспокоило Мадам Элизабет и дочь королевы. Вскоре в башне появился муниципальный чиновник, настроенный довольно сочувственно, который официально сообщил о смерти Людовика ХVI и посоветовал ей беречь себя для сохранения семьи. Заливаясь слезами, королева попросила предоставить семье возможность обзавестись траурной одеждой. Чиновник охотно составил список, а королева назвала ему данные портнихи, которая знала ее размеры. Чиновник заметил, как плохо выглядят заключенные, и разрешил организовать прогулки. Поскольку королева не хотела гулять в саду, где на нее градом сыпались оскорбления, было решено разрешить прогулки на площадке на вершине башни.