Царь открыл в «верхе» — дворцовых покоях — «Верхнюю типографию», которая под надзором писателя и учёного Симеона Полоцкого выпускала светские книги, и школу при ней. В его короткое царствование начали действовать и другие школы: у царского духовника протопопа Никиты; у церкви Успения, «что на Успенском вражке»; училище в Заиконоспасском монастыре под руководством Сильвестра Медведева. Последний представил переработанный проект организации в России академии, ученики которой должны были пользоваться привилегиями: с них обещали не взыскивать отцовские долги до окончания курса, судить не в приказе, а у представителей царя и патриарха и предоставить престижную работу и чины «по их разуму» на государственной службе. Однако главную задачу академии видели в охране православной веры; её преподаватели должны были приносить особую присягу, за отклонение от православного учения им грозило наказание вплоть до сожжения на костре.
После пожаров 1676 и 1680 годов в Москве развернулось массовое каменное строительство с выдачей желающим материалов из казны в рассрочку на десять лет. Не случайно В. О. Ключевский предполагал: «Процарствуй Фёдор еще 10-15 лет и оставь по себе сына, западная культура потекла бы к нам из Рима, а не из Амстердама». Но его дни были уже сочтены.
В последний месяц жизни Фёдор Алексеевич присутствовал на стрельбах в подмосковном селе Воскресенском, где сравнивались качества оружия разных стран — пищалей длинных «казачьих винтованных», турецких, русских и «немецких». Первым из русских царей он посетил Немецкую слободу. Государь поручил мастерам Оружейной палаты починить его компас. Но уже в начале апреля Фёдору стало хуже: всю Страстную неделю он не выходил из дворца и не присутствовал на обязательных для главы государства богослужениях. На Пасху 16 апреля он ещё смог посетить Успенский собор, но затем слёг окончательно.
При вступлении Фёдора Алексеевича на царство патриарх Иоаким просил: «...сохранит Господь Бог благочестивое и святое ваше царствие мирно и ненаветно, и да соблюдёт Господь лета живота вашего в долготу дний, и да благословит тя благословением крайним, ему же несть пременения, и подаст тебе государю на враги победу, якоже Давиду на Голиафа, и Гедеону на Мадиамы, да соблюдет тя государя и семя твое, и в век грядущий», — но ничему этому сбыться не довелось. На короткое царствование пришлась тяжёлая и бесславная война. Государь не дожил даже до средних лет и не оставил прямых наследников. 27 апреля 1682 года двадцатилетний третий царь из династии Романовых скончался, не сделав распоряжений относительно престолонаследия.
К часу дня в Кремле было объявлено о смерти Фёдора Алексеевича и воцарении Петра Алексеевича. Согласно официальной версии, патриарх и бояре после прощания с телом покойного провели с «призванными» на площадь перед дворцом представителями разных сословий импровизированное заседание Земского собора, на котором вопрос о преемнике почившего государя был якобы «всенародно и единогласно» решён в пользу его десятилетнего единокровного брата.
Однако собрание «чинов» на площади больше походило на митинг, где одержали верх сторонники Петра, многие из которых (его «дядька» Борис Алексеевич Голицын, братья Долгоруковы) пришли во дворец вооружёнными. Да и сама версия об избрании появилась лишь в мае: первоначально предполагалось оповестить подданных и правительства соседних государств о вступлении на престол Петра по воле и завещанию покойного царя. Записи частных летописцев дают основание полагать, что Фёдор был ещё жив, когда в дворцовых покоях и на площади перед ними разыгрывалась карта российской короны.
Скорее всего, пока родственники умиравшего царя Милославские находились близ его смертного одра, сторонники Нарышкиных из числа знати и верхушки приказной бюрократии во главе с патриархом Иоакимом действовали быстро и решительно. Они добились, чтобы имя Петра выкрикнули собравшиеся на площади представители «разных чинов», и быстро привели к присяге новому царю «думных и ближних людей», чиновников и стрельцов. Но их противники не смирились с поражением.
Отстранённую от власти придворную «партию» возглавили не слишком удачливый Иван Милославский и Софья, сестра покойного Фёдора. Царевна, не в пример слабому и больному брату, отличалась здоровьем, энергией, честолюбием и, как выразился один из её противников, была «великого ума и самых нежных проницательств, больше мужска ума исполненной девой». Недовольные исходом царских «выборов» сумели использовать волнения двадцати расположенных в Москве стрелецких полков (примерно 15 тысяч человек) — единственной организованной военной силы в руках правительства. Заранее были составлены списки бояр и «начальных людей», подлежавших расправе. Нарышкины же и возвращённый ими из ссылки Артамон Матвеев проявили явную беспечность.