Там его заковали в ручные и ножные кандалы, а заговорщиков отпустили временно на поруки, но вскоре арестовали и отправили в Москву. С захватом Пугачёва движение прекратилось не сразу, отдельные отряды ещё продолжали сопротивление в разных районах Поволжья, но это уже были угасавшие вспышки. Так закончилось Пугачёвское восстание, потрясшее правящий режим.
Из Яицкого городка Пугачёва во избежание всяких недоразумений перевезли в Симбирск под конвоем двухсот солдат при двух орудиях. Там в течение месяца его ожидали допросы с истязаниями, которые вели П. С. Потёмкин, Н. И. Панин, И. И. Михельсон. Как сообщает присутствовавший при допросах П. С. Рунич, «злодей, хотя сильный пот всё лицо его покрывал, с твёрдым голосом и духом отвечал на все расспросы». Интересно, что люди не верили в поимку своего кумира. Желая убедить население в аресте, Потёмкин и Волконский предлагали Екатерине ІІ демонстративно провезти Пугачёва из Симбирска в Казань, а лучше прямо до Москвы, дабы предъявить того сомневающимся. Но императрица наотрез отвергла эту затею, опасаясь возобновления недовольства. Вместо этого Пугачёва молниеносно доставили в Москву в сопровождении Смоленского драгунского полка, Нарвский пехотный полк рассредоточили по станциям следования. В ноябре 1774 года его привезли в Первопрестольную, посадив на Монетном дворе (Охотный ряд). Допросы продолжил прибывший из Петербурга обер-секретарь сената С. И. Шешковский. По личному указанию императрицы он выявлял следы иностранного участия в разжигании беспорядков. Напомним: именно во время восстания в Европе заговорили о некой княжне Таракановой, выдававшей себя за дочь Елизаветы I, чьё появление во время бунта сочли неслучайным: Алексей Орлов (брат фаворита Григория) в конце 1774 года обманом вывез её из Италии в Петербург.
Следствие велось над многими из пугачёвского окружения, суд возглавлял князь Вяземский. К смертной казни были приговорены шесть человек Е. И. Пугачёв, А. Т. Перфильев, М. Г. Шигаев, И. Н. Зарубин, Т. И. Подуров, В. И. Торнов. Народ, к толпам которого Пугачёв обратился с последним словом, выразил своё недовольство казнью «превеликим гулом» и «оханьем». К тому же на второй день при объявлении «высочайшего помилования» выдавшим Пугачёва предателям никто не явился к Красному крыльцу, таким образом выразив презрение к изменникам. Пытаясь как можно скорее перевернуть эту неприятную страницу, правительство 17 марта 1775 года обнародовало манифест об амнистии за все преступления, совершённые во время бунта. Тем, кто был осуждён на смерть, приговор заменили каторгой, телесные наказания смягчили. Дом Пугачёва в Зимовейской на Дону снесли, а станицу переименовали в Потёмкинскую — в честь восходящей придворной звезды.