Дата была определена 17 июля. Бригаду палачей возглавил Юровский. В нее вошли 12 человек: Ермаков, Никулин, двое Медведевых, Свикке со своими латышами. Двое из них отказались стрелять в девушек, их арестовали и самих расстреляли, заменили другими. В доме Ипатьева собрались вечером назначенного дня. Прибыли Голощекин, Белобородов, неизвестный посланец из Москвы. Подогнали машину, шум мотора должен был заглушить выстрелы. Около двух часов ночи узников стали будить, потребовали сойти в подвальный этаж — объяснили, что в городе неспокойно. 11 человек проснулись, умывались, одевались. Спустились вниз. Царь, императрица Александра Федоровна, Алексей (отец нес его на руках), царевны Ольга, Татьяна, Мария, Анастасия, врач Боткин, повар Харитонов, лакей Трупп и комнатная девушка царицы Демидова. Царица попросила принести стулья — принесли только два, для нее и царевича.
Юровский попросил всех пройти к восточной стене (смерть должна была прийти с запада на восток, направление антихриста). По профессии он был фотографом, деловито расставлял жертвы, словно для фотографии. После этого вошли убийцы. Юровский зачитал приговор. Царь попытался переспросить: «Как, я не понял?» Есть и другие версии — «так нас никуда не повезут?» Юровский выстрелил в него, и сразу началась бешеная пальба. Комнату заволокло дымом, летела крошка известки, пули рикошетили, грозя задеть «своих». Юровский дал команду прекратить огонь.
Многие были еще живыми. Охранник Стрекотин вспоминал: «…Наследник все еще сидел на стуле. Он почему-то долго не упадал со стула и оставался еще живым. Впритруть начали стрелять ему в голову и в грудь, наконец и он свалился со стула… Второй на носилки стали ложить одну из дочерей царя, но она оказалась живой, закричала и закрыла лицо рукой. Кроме того, живыми оказались еще одна из дочерей и та особа, дама, которая находилась при царской семье… тогда тов. Ермаков, видя, что я держу в руках винтовку со штыком, предложил мне докончить оставшихся в живых. Я отказался, тогда он взял винтовку и начал их доканчивать. Это был самый ужасный момент их смерти. Они долго не умирали, кричали, стонали, передергивались. В особенности тяжело умирала та особа, дама. Ермаков ей всю грудь исколол…»
Охранник Нетребин писал: «Младшая дочь б. царя упала на спину и притаилась убитой. Замеченная тов. Ермаковым, она была убита выстрелом в грудь. Он встал на обе руки и выстрелил ей в грудь». Демидова, закрывшаяся при расстреле подушкой, закричала: «Слава Богу! Меня Бог спас!» Подошли, ударили штыками. Охранник Кабанов рассказывал: «Один из товарищей в грудь фрельны стал вонзать штык американской винтовки “Винчестер”. Штык вроде кинжала, но тупой, и грудь не пронзал, а фрельна ухватилась обеими руками за штык и стала кричать». Ее «добили прикладами ружей».
Трупы вынесли во двор. Голощекин приказал Ермакову отрезать головы у трех тел, Николая Александровича, царевича Алексея и царевны Анастасии. Головы «куда-то забрал» Войков. Предположительно они были отправлены в Москву, Свердлову. Останки погрузили в кузов машины и увезли к Ганиной Яме для уничтожения. Комнаты, залитые лужами крови, тут же стали убирать бойцы «внешней» охраны. Мыли, чистили. Но на южной стене помещения, где оборвались жизни государя и его близких, следователь Н. А. Соколов обнаружил две надписи. Первая по-немецки, две строки из стихотворения Гейне «Валтасар»:
Другая надпись — четыре каббалистических знака. Буквы «л» разных алфавитов, «ламед» арамейского, «ламед» самаритянского и «лямбда» греческого. Четвертый знак — косая черта. Причем буквы изображены перевернуто, «вверх ногами». Относительно первой надписи следствие пришло к выводу, что сделал ее человек, очень хорошо знавший Гейне в подлиннике. Он счел возможным пропустить из оригинала слово «aber» — «однако», имеющее смысл в контексте всего стихотворения, но не отдельной надписи. И «скаламбурил», добавив в имя букву «t». В оригинале — Belsazar. Но с добавлением буквы окончание имени получается «tzar» — то есть «царь» в немецком написании.
Расшифровку второй надписи впоследствии вел ученый-востоковед, знаток магии М. В. Скарятин. Дело это было очень непростое и неоднозначное: в каббалистике буквы имеют и символическое, и цифровое, и астрологическое значения. Особое значение могут иметь и сочетания букв, и сочетания самих значений, «суммирующихся» разными способами. По версии Скарятина, надпись означает: «Здесь, по приказу тайных сил, Царь был принесен в жертву для разрушения Государства. О сем извещаются все народы».