Врачи полагали, что наступила очередная горячка, но ошиблись в диагнозе. Лишь на третий день они установили, что император заболел оспой. Почти две недели лейб-медики Блюментросты боролись за жизнь императора, но лечение оказалось безуспешным.
В депеше от 31 января 1730 г. саксонский посланник Лефорт доносил своему монарху: «Существуют два различных мнения о причине смерти царя. Одни приписывают смерть его худосочию, усилившемуся вследствие усталости и изнурения, испытанных на охоте, а другие тому, что доктора Блюментросты сначала лечили лихорадку, предвещавшую оспу, как обыкновенную лихорадку, и давали ему разные прохладительные напитки, а доктор Бидлоо был призван только на третий день, когда болезнь развилась, и он не одобрил способы лечения тех докторов».
Конечно, установить диагноз при развившейся картине болезни доктору Бидлоо было значительно легче, чем Блюментростам в самом начале заболевания. Что же касается разногласий в способах лечения, то при тогдашнем уровне развития медицины они не могли существенно повлиять на исход заболевания.
Как все эмоционально неустойчивые люди, Пётр II всегда болезненно ощущал резкие изменения погоды, тем более что его молодой неокрепший организм за последний год вследствие всяческих излишеств стал особо чувствительным к неблагоприятным внешним воздействиям.
Внезапную болезнь молодого императора иностранцы, находившиеся при дворе, приписывали сильному морозу, который выдался на праздник Крещения. «Я не помню дня более холодного, — писала леди Рондо, жена английского резидента. — Я боялась ехать во дворец, чтобы встретить молодого государя и будущую государыню при их возвращении с крещенского парада. Они оставались четыре часа на льду, посреди войск. В тот час, когда они вошли в зал, император стал жаловаться на головную боль. Сначала думали, что это — следствие холода, но так как он продолжал жаловаться, то послали за доктором, который посоветовал ему лечь в постель, найдя его очень нехорошим. Это обстоятельство расстроило всё собрание. На другой день у императора появилась оспа». (Цит. по: Ю.А. Молин, 1997.)
Первое время приближённые скрывали истину и распространяли ложные слухи о простуде государя. Утром следующего дня лейб-медик Л. Блюментрост, ещё раз осмотрев и опросив государя (при этом выявился очень характерный симптом — боль в области крестца), произнёс страшный врачебный приговор — натуральная оспа. В тот же день медики информировали царя об истинном характере его болезни. Были установлены ограничительные противоэпидемические меры в отношении окружающих, чтобы избежать распространения инфекции.
К 9 января оспенные высыпания стали подсыхать, лихорадка спала, сознание полностью прояснилось. Однако врачи не разделяли радости родных — они ждали дальнейшего развития болезни, прекрасно зная страшный «нрав» оспы.
Почувствовав некоторое улучшение, Пётр, которому не хватало воздуха, не слушая предостережений докторов, встал с постели и, подойдя к окну, распахнул его. Видимо, повторное переохлаждение усугубило прогрессирование инфекционного процесса — оспенные высыпания распространились с кожи на слизистые оболочки дыхательных путей. Каждый вдох стал для царя затруднённым и болезненным.
16 января после непродолжительной стабилизации состояния у больного вновь наступило ухудшение — возникли лихорадка с ознобом, бред. Пётр метался, постоянно прося пить. У постели государя находились врачи — братья Блюментросты, Н. Бидлоо. В ходе лечения возникали частые споры о целесообразности и очерёдности применения некоторых лекарств («декоктов», как тогда называли различные отвары). Однако все усилия лучших врачей империи оказались напрасными — 17 января они известили членов Верховного Тайного совета, что надежды на выздоровление уже нет.
К вечеру состояние императора ухудшилось до критического — дыхание стало затруднённым, аритмичным, на расстоянии слышались хрипы в груди. Он потерял сознание. Наступила ночь на 19 января. Врачи констатировали начало предсмертной агонии. По настоянию родственников и согласно традиции, три архиерея совершили обряд соборования. Император стонал, бредил, звал свою умершую сестру Наталью.
Ю.А. Молин кратко комментирует заболевание Петра II с позиций современной медицины. Известно, что натуральная оспа относится к особо опасным инфекциям. Возбудителем заболевания является фильтрующийся вирус. Его передача от больного здоровому происходит главным образом воздушно-капельным путём. Некоторую роль могут играть и предметы обихода, инфицированные содержимым оспенных высыпаний, подсохшими корочками, отслоившимися с поверхности тела. Сроки инкубационного (скрытого) периода (от момента заражения до появления клинических симптомов) при натуральной оспе обычно составляют 5–15 дней.