После ареста Бестужева наследник престола Пётр Фёдорович приветствовал Лопиталя сияющим от радости лицом и словами:
— Как я жалею, маркиз, что мой бедный друг Шетарди уже умер! Это известие доставило бы ему столько удовольствия!
Есть данные о том, что падению великого канцлера сильно посодействовал его камергер Брокдорф, сделавший на него донос. Бедный голштинец! Его беспечная радость по поводу крушения русского патриота скоро, слишком скоро отзовётся ему непредвиденными бедами и страданиями.
Документы бывшего канцлера конфисковали, но самые «интересные» для его врагов бумаги Алексей Петрович успел сжечь. Он заранее готовился к худшему и успел также предупредить об этом великую княгиню Екатерину Алексеевну. Но последовавшую после ареста переписку между ними следствие всё-таки перехватило, что и составило главный обвинительный материал против бывшего канцлера. Следственная комиссия, состоявшая из членов Конференции князя Трубецкого, генерал-фельдмаршала А.Б. Бутурлина (1694—1767), начальника Тайной канцелярии графа А.И. Шувалова и секретаря Д.В. Волкова, рьяно и с большим пристрастием принялась за дело, но ничего существенного Бестужеву-Рюмину предъявить так и не смогла. Александр Борисович Бутурлин признавался: «Бестужев арестован, а мы теперь ищем причины, за что его арестовали». Ничего нового для себя Алексей Петрович на сей раз не узнал: всё было, как в тот первый арест во время правления Анны Леопольдовны…
Вслед за канцлером были арестованы бывший наставник великой княгини в русском языке и начальник департамента герольдии Василий Ададуров, бывший адъютант графа А.Г. Разумовского, тесный приятель С. Понятовского Елагин, а также служивший у Бестужева на побегушках итальянец-ювелир Бернарди.
Судопроизводство тянулось более года, не дав нужных результатов. Правда, пытке Бестужева не подвергали. Преступное сообщничество канцлера с великой княгиней Екатериной Алексеевной, имевшей целью парализовать действия русской армии в Пруссии, доказано не было. Остались также ненайденными и письмо Екатерины фельдмаршалу Апраксину, и проекты Бестужева о наследовании русского престола. Их канцлер успел уничтожить. Бестужев заранее почувствовал сгущающиеся над головой тучи и постарался, чтобы все улики, в том числе у его сообщников, исчезли.
Следствие главным образом уцепилось за письмо канцлера Екатерине, переданное на следующий день после ареста через управляющего голштинскими делами князя Штамбке.
В нём бывший канцлер сообщал Екатерине, чтобы она ничего не опасалась, поскольку он все компрометирующие бумаги сжёг, и советовал «поступать смело и бодро с твёрдостью и помнить у что подозрениями ничего доказать нельзя». Бестужев условился со Штамбке продолжить переписку с великой княгиней и общаться с ней через тайник, закладываемый в груде кирпичей рядом с домом Бестужева. Но тайник был вскорости обнаружен, а курьер — музыкант, изымавший и закладывавший записки в кирпичи, был схвачен на месте.
Доказательств государственной измены, тем не менее, добыто не было, но следствие и даже императрица догадывались о существовании далеко идущих проектов Бестужева, поэтому Волков главное внимание на допросах арестованного уделял именно им. Если бы они обнаружились, или если бы Бестужев признал их составление, ему без сомнения грозила бы смертная казнь за государственную измену.
Следствие длилось целых 14 месяцев, и всё это время Алексей Петрович сидел безвыездно в своём доме. Через полтора месяца после ареста к нему явился председатель следственной комиссии князь Трубецкой и приказал содержать своего недруга в строгости, никого к нему не допускать, кроме слуги Редкина, не давать ножей, а страже — сержанту с часовым — ни на минуту не отлучаться с поста. Костомаров пишет, что супруга Бестужева беспрестанно плакала, сын Андрей сердился, а сам граф только стонал и терпеливо ждал смертного часа.
Наконец, в апреле 1759 года состоялся приговор.
Его обвинили в том, что он старался вооружить великого князя и великую княгиню против императрицы; что он не выполнял письменных высочайших указов и мешал их исполнению; что, зная о намерениях Апраксина отвести армию в тыл, не донёс о том государыне, а вместо того хотел исправить дело сам, приплетя «в непозволенную переписку» такую персону, «которая не должна была принимать участия», то есть Екатерину, чем «нечувствительно в самодержавное государство вводил соправителей и сам соправителем сделался».
Е. Анисимов справедливо считает, что Бестужев, вмешавшись в придворную интригу о престолонаследии на стороне великого князя Петра Фёдоровича и великой княгини Екатерины Алексеевны, совершил серьёзную ошибку. Но, с другой стороны, сведения о том, что Елизавета и «братья-разбойники» Шуваловы задумали лишить великого князя права престолонаследия, выслать его с женой обратно в Голштинию, а на трон возвести их сына Павла, не оставляли им иного выбора, как попытаться помешать таким планам, а ставка на них канцлера, с учётом плохого состояния здоровья Елизаветы, была вполне реальным и здравым шагом. Плохо, конечно, что в эту интригу был замешан английский посол Уильяме. Спустя 44 года англичане приложат свою «тяжёлую» руку к свержению сына Петра Фёдоровича.