Probablement à cause de l'arrivée imminente des Armées blanches, le sort des membres de la famille impériale et de leur suite est scellé. Après l'évacuation du petit marmiton, les Romanov sont réveillés dans la nuit du 16 au . Les onze personnes sont assassinées vers deux heures du matin, en moins de trois minutes, dans une pièce du sous-sol de "La Maison à Destination Spéciale" : les hommes chargés de l'exécution visent le cœur ; on achève les survivants, dont Anastasia et sa sœur Maria, d'une balle dans la tête et de coups de baïonnette. Le massacre est commis par un groupe de bolcheviks commandé par Iakov Sverdlov et Iakov Iourovski, probablement sur l'ordre de Lénine. Anastasia est la dernière à mourir, car elle reprend conscience lors du déplacement des corps vers le camion menant à la mine des . Ermakov lui assène plusieurs coups de crosse. Plus tard, cela alimente la rumeur de la survie d'Anastasia selon laquelle Ermakov n'aurait pas vérifié la mort de la grande-duchesse.