В 1717 году Пётр Андреевич Толстой, дипломат и один из руководителей секретной службы Петра I, уговорил царевича Алексея вернуться домой. По прибытию в Россию царевич был взят под стражу. 24 июня (5 июля) 1718 года Верховный суд, состоявший из 127 человек, вынес смертный приговор Алексею, признав его виновным в государственной измене. 26 июня (7 июля) 1718 года царевич, не дождавшись приведения приговора в исполнение, умер в Петропавловской крепости. Истинная причина смерти царевича Алексея до сих пор достоверно не установлена. От брака с принцессой Шарлоттой Брауншвейгской царевич Алексей оставил сына Петра Алексеевича (1715—1730 гг.), ставшего в 1727 году императором Петром II, и дочь Наталью Алексеевну (1714—1728 гг.).
Здесь следует указать, что в 1703 году Пётр I встретил 19-летнюю Катерину, в девичестве Марту Самуиловну Скавронскую (вдову драгуна Иоганна Крузе), захваченную русскими войсками как военную добычу при взятии шведской крепости Мариенбург. Пётр забрал бывшую служанку из прибалтийских крестьян у Александра Меншикова и сделал её своей любовницей. В 1704 году Екатерина родила первенца, названного Петром, а в следующем году Павла, но оба сына вскоре умерли. Ещё до законного замужества за Петром Екатерина родила дочерей Анну в 1708 году и Елизавету в 1709 году. Официальное венчание Петра I с Екатериной состоялось 19 февраля 1712 в церкви Исаакия Далматского в Петербурге. В 1713 году Пётр I в честь достойного поведения своей супруги во время неудачного для него Прутского похода учредил орден Святой Екатерины и лично возложил знаки ордена на жену 24 ноября 1714 года. Первоначально этот орден назывался орденом Освобождения и предназначался только Екатерине. О заслугах Екатерины во время Прутского похода Пётр вспомнил в своём манифесте о коронации супруги от 15 ноября 1723 года: «Наша любезнейшая супруга государыня императрица Екатерина великою помощницею была, и не точию в сем, но и во многих воинских действах, отложа немочь женскую, волею с нами присутствовала и елико возможно вспомогала, а наипаче в Прутской кампании с турки, почитай отчаянном времени, как мужески, а не женски поступала, о том ведомо всей нашей армии».12 В том же году город на Урале был назван в её честь Екатеринбургом.
Екатерина каким-то волшебным способом умела усмирять приступы чудовищного гнева, которыми Пётр страдал с малолетства. Во время таких «обострений» большинство придворных боялись даже приближаться к Петру: любой нарвавшийся на недовольство монарха мог потерять голову или стать жертвой пыток. Екатерина нисколько не боялась ярости любимого человека. Она же умела прекращать приступы головной боли, которые также то и дело мучили царя. Немецкий граф Геннинг-Фридрих Бассевич (Бассевиц) вспоминал, как «звук голоса Катерины успокаивал Петра; потом она сажала его и брала, лаская, за голову, которую слегка почесывала. Это производило на него магическое действие, он засыпал в несколько минут. Чтоб не нарушать его сна, она держала его голову на своей груди, сидя неподвижно в продолжение двух или трех часов. После того он просыпался совершенно свежим и бодрым».13 Такое лечение дорогого стоило, и Пётр не мог этого не понимать. Ему было буквально физически плохо в отсутствие Екатерины, поэтому она была рядом с ним на всех парадах и даже во время военных действий. Официальное венчание Петра I с Екатериной Алексеевной состоялось 19 февраля (1 марта) 1712 года в церкви Исаакия Далматского в Петербурге, вскоре после возвращения из Прутского похода. В 1724 году Пётр короновал Екатерину как императрицу и соправительницу. Причём это была вторая на Руси коронация женщины-супруги государя, после коронации Марины Мнишек Лжедмитрием I в 1606 году.
Екатерина Алексеевна родила мужу 11 детей, но большинство из них умерло в детстве, кроме Анны и Елизаветы.
Итак, прямым наследником становился сын царевича Алексея и принцессы Шарлотты, Пётр Алексеевич. Однако если следовать обычаю и объявить наследником сына опального Алексея, то возбуждались надежды противников реформ вернуть старые порядки, а с другой стороны возникали опасения у соратников Петра, которые голосовали за казнь Алексея. По этой причине 5 (16) февраля 1722 года Пётр издал Указ о престолонаследии, в котором отменял древний обычай передавать престол прямым потомкам по мужской линии, но допускал назначение наследником любого достойного человека по воле монарха. Указ был настолько необычен для русского общества, что пришлось его разъяснять и требовать согласия от подданных под присягой. Таким образом, сын царевича Алексея – Пётр Алексеевич был отодвинут от престола, но вопрос о престолонаследии оставался открытым. Предполагали, что престол займёт или Анна, или Елизавета, дочери Петра от брака с Екатериной Алексеевной. Но в 1724 году Анна отказалась от каких-либо притязаний на российский престол после того, как обручилась с герцогом Голштинским Карлом-Фридрихом. Если бы престол заняла младшая дочь Елизавета, которой в 1724 году было всего 15 лет, то вместо неё правил бы герцог Голштинский, который мечтал с помощью России вернуть земли, завоёванные датчанами.
Не устраивали Петра и его племянницы, дочери старшего брата Ивана: Анна Курляндская, Екатерина Мекленбургская и Прасковья Иоанновна. Оставался только один кандидат – жена Петра, императрица Екатерина Алексеевна. Петру нужен был человек, который бы продолжил начатое им дело, его преобразования. Пётр короновал Екатерину императрицей и соправительницей, но спустя некоторое время заподозрил её в супружеской измене – в любовной связи с Виллимом Монсом, братом фаворитки Петра – Анны Монс, которому 13 ноября 1724 года был вынесен смертный приговор. Монс был казнён через отсечение головы 16 ноября 1724 года в Санкт-Петербурге.
В последние годы своего правления Пётр сильно болел. Он страдал почечнокаменной болезнью, осложнённой уремией. Летом 1724 года его болезнь усилилась, в сентябре он почувствовал себя легче, но через некоторое время приступы усилились.
В октябре 1724 года Пётр отправился осматривать Ладожский канал, вопреки советам своего лейб-медика Блюментроста. С Олонца Пётр проехал в Старую Руссу и в ноябре водой поехал в Санкт-Петербург. У Лахты ему пришлось, стоя по пояс в воде, спасать севший на мель бот с солдатами. Приступы болезни усилились, но Пётр, не обращая на них внимания, продолжал заниматься государственными делами.
17 (28) января 1725 года ему пришлось так худо, что он распорядился поставить в соседней комнате походную церковь, а 22 января (2 февраля) исповедался. Силы начали оставлять Петра, он уже не кричал, как прежде, от жестокой боли, а только стонал.
27 января (7 февраля) 1725 года Пётр потребовал бумаги, начал было писать, но перо выпало из его рук, из написанного смогли разобрать только два слова: «Отдайте всё…». Царь велел позвать тогда дочь Анну Петровну, чтобы она писала под его диктовку, но когда она пришла, Пётр уже впал в забытьё. Рассказ о словах Петра «Отдайте всё…» и приказе позвать Анну известен только по запискам упомянутого нами голштинского тайного советника Г. Ф. Бассевича.
Когда стало очевидно, что император умирает, возник вопрос, кто займёт место Петра. Сенат, Синод и генералитет – все учреждения, не имевшие формального права распоряжаться судьбой престола, ещё до смерти Петра собрались в ночь с 27 января (7 февраля) на 28 января (8 февраля) 1725 года, чтобы решить вопрос о преемнике Петра Великого. В зал заседаний проникли гвардейские офицеры, на площадь вышли два гвардейских полка, и под барабанный бой войск, выведенных партией Екатерины Алексеевны и Меншикова, Сенат принял единогласное решение к 4-м часам утра 28 января (8 февраля). Решением Сената трон наследовала жена Петра, Екатерина Алексеевна, ставшая 28 января (8 февраля) 1725 года первой российской императрицей под именем Екатерина I.
В начале шестого часа утра 28 января (8 февраля) 1725 года Пётр Великий скончался в страшных мучениях в своём Зимнем дворце у Зимней канавки по официальной версии от воспаления лёгких. Похоронен он был в соборе Петропавловской крепости в Санкт-Петербурге. Вскрытие показало следующее: «резкое сужение в области задней части мочеиспускательного канала, затвердение шейки мочевого пузыря и антонов огонь». Смерть последовала от воспаления мочевого пузыря, перешедшего в гангрену на почве задержки мочи, вызванной сужением мочеиспускательного канала.14 Резко выраженная почечная патология обусловила появление у императора ещё одного серьёзного заболевания, – он страдал периодическими подъёмами артериального давления, с которыми врачи боролись посредством постановки пиявок на затылочную часть головы. Характерное сочетание симптомов, таких как внезапная утрата функций речи, паралич правых конечностей, временная потеря сознания, судороги указывает на то, что за несколько часов до смерти Пётр мог перенести острое нарушение мозгового кровообращения с кровоизлиянием в левое полушарие головного мозга как следствие очередного резкого подъёма артериального давления. Это осложнение часто наблюдается в случаях запущенных, не леченных должным образом нефритов.