Петру исполнилось семнадцать лет 30 мая 1689 года; в июне мать уже вызвала его из Переяславля и более туда не отпустила. Петр все лето жил под Москвой, в Коломенском и Преображенском. По временам он появлялся в Москве и по разным поводам начинал ссоры с Софьей, показывая ей открыто свое неудовольствие и недружбу. По-видимому его натравливали на сестру те люди, которые руководили кампанией против Софьи Нарышкинского кружка, главным образом князь Борис Голицын и Лев Нарышкин. Отношения напрягались с каждой неделей. Софья ждала открытого нападения «Преображенских конюхов» и готовила стрельцов к отпору. Развязка пришла в августе.
Вследствие какого-то подметного письма в Кремле опасались, что в ночь на 8 августа последует покушение со стороны Петра, и собрали на ночь у дворца и на Лубянке, в Белом городе в Москве, большие отряды стрельцов. Об этом дали знать благожелатели Петра в Преображенское. Петр спокойно там спал, когда ему сказали, что в Москве собрана воинская сила для нападения на него, чтобы его извести. Кто дал такой вид сообщению из Москвы, неизвестно; но Петр поверил в близкую опасность, выскочил ночью из дворца, не успев даже одеться, в близкую рощу и оттуда верхом помчался в Троицкую лавру, ища спасения в ее крепких каменных стенах. О его побеге официально было отмечено, что изволил он «идти скорым походом в одной сорочке»; неофициально выражались так, что «царя из Преображенского согнали, ушел он бос, в одной сорочке». «Вольно ему взбесясь бегать», говорил с досады Шакловитый, предчувствуя грядущие осложнения, но отрицая всякие покушения со стороны Софьи против Петра.
Эта ночь, проведенная в смертельном страхе и стремительном бегстве, имела огромное значение для Петра. В Троицкий монастырь примчался он почти без чувств, измученный физически и расстроенный до слез. С этого времени, по-видимому, начались у него «личные ужимки и кривления шеею», которые остались на всю жизнь. Это был тик или, по иному названию, «болезнь судорожных подергиваний», возникающая по большей части на почве вырождения. Иногда, уже много лет спустя, «в нощное время» Петр чувствовал «такие конвульсии в теле», что требовал посторонней помощи. Сам он приписывал эту болезнь испугу от стрельцов: при воспоминании о них, говорил он, «все уды во мне трепещут; помысля о том, заснуть не могу». На кровавые воспоминания детства новым впечатлением ужаса легла эта ночь 8 августа; после нее Петр стал страстным и непримиримым врагом того московского правительства, которое не уступало ему власти и, как он думал, покушалось на его жизнь. Основавшись у Троицы, собрав туда свою семью и послушные ему воинские силы, он потребовал у сестры удаления от дел. Постепенно на его сторону переходило московское боярство, патриарх, регулярные солдатские полки, большая часть стрелецких полков. Те же бояре и стрельцы, которые не сразу пошли из Москвы к Троице, не оказывали Софье никакой поддержки. Слишком явно было превосходство сил Петра и непререкаемо его право. Софье пришлось подчиниться.
После месяца борьбы и упорства, 6 сентября 1689 года, она сдалась и была заключена в подмосковном монастыре. Приговор, произнесенный над ней Петром, имел форму письма его к брату Ивану. В нем Петр писал, что
«теперь, государь братец, настоит время нашим обоим особам… царство править самим, понеже пришли есми в меру возраста своего, а третьему зазорному лицу, сестре нашей ц(аревне) С(офье) А(лексеевне) с нашими двемя мужескими особами в титлах и в расправе дел быти не изволяем… Срамно, государь, при нашем совершенном возрасте тому зазорному лицу государством владеть мимо нас».
Выражая готовность «яко отца почитать» слабоумного брата, Петр однако тут же просил его «позволить отечским своим изволением» на то, чтобы «не обсылаясь к тебе, государю, учинить по приказам правдивых судей, а неприличных переменить». Иначе говоря, Петр, устранив Софью от дел, устранял и брата от участия в руководстве делами. Власть всецело переходила к Петру и его родне. 12 сентября последовало от них назначение начальников в центральные учреждения Москвы, и таким образом настало на деле единодержавие Петра.
Сам Петр однако мало пользовался своей властью и все предоставил матери; она же передала свои полномочия брату Льву Кирилловичу Нарышкину, Тихону Никитичу Стрешневу и князю Борису Алексеевичу Голицыну. Первый ведал внешнюю политику, второй внутреннее управление, а последний «правил весь низ (Поволжье) так абсолютно, как бы был государем». Современники не находили, чтобы после Софьи при царице Наталье дела пошли лучше. «Сия принцесса (говорит князь Борис Куракин) доброго темпераменту, добродетельного, токмо не была ни прилежная и не искусная в делах и ума легкого»; поэтому «правление оной царицы Наталии Кирилловны было весьма непорядочное и недовольное народу и обидимое». Петр ничего этого не хотел знать; он жил своими личными интересами и весь ушел в потехи. А так как теперь над ним не было Софьи и ему некого было стесняться, то его потехи получили новый размах и характер. В ту пору, когда Петр, сидя в Троицком монастыре, собирал силы против Софьи, к нему туда, вместе с прочими служилыми чинами, приехало много иноземцев; «и в ту бытность в Троицком монастыре (говорит князь Куракин) князь Борис Алексеевич Голицын тут привел в милость иноземцев, как: Петра Гордона генерала, полковника Лефорта, Р. Страсбурга, Ив. Чамбурса и других многих».