Но честолюбивым замыслам Долгоруковых не дано было осуществиться. В конце декабря Петр II Алексеевич опасно заболел. Стали распространяться слухи о возможной его кончине. Состояние его резко ухудшилось после морозного Крещенского водоосвящения в январе 1730 года, в котором больной государь принял участие. Он по-мальчишески несся во дворец, стоя на запятках саней своей нареченной невесты. На другой день врачи определили у него черную оспу.

Князья Долгоруковы попытались подписать у больного императора бумагу о передаче престола его невесте. Однако к императору с этой бумагой их не допустили. Петр II был уже в беспамятстве. В бреду он приказал подать ему лошадей, чтобы ехать к недавно умершей сестре Наталье, и через несколько минут скончался.

Умер он 19 января 1730 года, именно в тот день, на который была назначена его свадьба с княжной Екатериной Долгоруковой.

Тотчас после момента смерти стоявший у дверей Иван Долгоруков попытался выкрикнуть Екатерину Долгорукову на царство. Он выхватил шпагу и закричал: «Да здравствует императрица Екатерина Вторая Алексеевна!» – после чего был немедленно арестован. Его сестра, прощаясь с покойным женихом, вдруг вскочила с безумным взором и, подняв руку, на которой сверкал его именной перстень, объявила: «Петр Алексеевич только что нарек меня императрицей!»

Она была посажена под домашний арест, а позднее отправлена в пожизненную ссылку.