Le 20 janvier 1793, après les votes des 16 et 17 janvier, Louis XVI reçut les décrets qui le condamnaient. Il prit l’arrêt, le mit dans sa poche et demanda trois jours pour se préparer à mourir, un prêtre, une dernière entrevue avec sa famille et l’autorisation pour les siens de quitter la France. Le sursis lui fut refusé ; l’entretien familial et l’assistance d’un prêtre furent accordés, mais le départ de sa famille ne se réalisa pas.
Le procès avait occupé plusieurs semaines. Lorsque Louis XVI comparut devant la Convention, Desèze prit sa défense. Il rappela l’inviolabilité de la personne royale, puis ajouta que si l’accusé ne pouvait être jugé comme roi, il devait au moins bénéficier des droits d’un citoyen. Il chercha ensuite à répondre aux faits retenus contre lui, notamment à l’accusation d’avoir fait verser le sang français le 10 août. Sa plaidoirie se terminait par un avertissement aux députés : l’histoire jugerait leur décision.
Après le retour du roi au Temple, les députés reprirent le débat. Lanjuinais contesta le droit même de la Convention à le juger. Les Girondins proposèrent de consulter le peuple ; la Montagne s’y opposa. Le 14 janvier, la Convention fixa la mise aux voix des questions. Sur les 749 membres que compte Champagnac, 683 déclarèrent Louis coupable de conspiration contre la liberté et d’attentat contre la sûreté de l’État. L’appel nominal sur la peine dura la nuit du 16 et la journée du 17. Sur 721 députés présents, 361 votèrent la mort sans condition, soit la majorité absolue. Vergniaud, qui présidait, prononça la sentence.
Louis attendait alors ses défenseurs depuis quatre jours et demandait à les voir. Quand les envoyés du Conseil exécutif arrivèrent, il se tint calmement à la porte de sa chambre. Garat lui remit les décrets : culpabilité, condamnation à mort, rejet de l’appel au peuple et exécution sous vingt-quatre heures. Le roi lut ensuite une lettre où il réclamait un délai de trois jours, l’assistance d’un confesseur, une dernière entrevue avec les siens et leur départ de France. Après avoir remis sa requête, il rentra dans son appartement et demanda son dîner.
On avait retiré les couteaux. Comme on refusait de lui en donner un, il déclara qu’on ne pouvait le croire assez lâche pour attenter à sa vie et qu’il saurait mourir sans crainte. Il mangea sans couteau. La Convention refusa le sursis. L’entrevue familiale et la présence d’un prêtre furent accordées, mais la demande de faire sortir sa famille de France n’aboutit pas. Garat fit chercher l’abbé Edgeworth de Firmont. Lorsque le ministre revint annoncer le refus, Champagnac décrit un prince calme et une émotion visible chez celui qui venait lui porter la nouvelle.
Il était huit heures du soir quand Edgeworth fut introduit. Louis lui parla du clergé français et lui demanda de transmettre à l’archevêque de Paris son attachement à l’Église. Puis il sortit pour retrouver les siens. Les municipaux avaient choisi une salle à manger séparée par une porte vitrée : ils pouvaient surveiller la rencontre sans en entendre les paroles. Louis avait fait placer de l’eau sur une table, au cas où l’une des femmes perdrait connaissance.
À huit heures et demie, la reine entra en tenant le dauphin par la main. Madame Élisabeth et Madame Royale la suivirent. Elles se précipitèrent dans les bras du roi. Les premières minutes furent, selon la chronique, des embrassements et des pleurs ; ensuite, la conversation reprit à voix basse, coupée de silences. Le roi promit de revenir les voir le lendemain matin. Les princesses lui demandèrent de confirmer sa promesse. Madame Royale, qui le tenait encore, s’évanouit quand il se leva pour partir. On l’emporta. Louis retourna auprès du prêtre et ne retrouva son calme qu’après quelques instants.
Il se coucha vers minuit et demanda à Cléry de le réveiller à cinq heures. À son lever, le valet alluma le feu et transforma une commode en autel. Edgeworth célébra la messe ; Louis la suivit à genoux et communia. Il demanda des ciseaux pour couper lui-même ses cheveux, afin d’éviter cette opération par les bourreaux. La Commune refusa. Il chargea Cléry de transmettre ses adieux à la reine, à sa sœur et à ses enfants, ainsi qu’un cachet, quelques cheveux et des bijoux. Il demanda aussi à un municipal de faire parvenir son testament à la Commune. Celui-ci répondit brutalement qu’il avait pour mission de le conduire au supplice, non de faire ses commissions. Il ne revit pas les siens avant son départ ; le passage de Thiers, repris par Champagnac, explique qu’il voulut leur épargner une nouvelle scène douloureuse.
Dans le récit du trajet et de l’exécution que Champagnac emprunte explicitement à Thiers, la foule armée borde le chemin, mais aucun mouvement hostile ne se produit entre le Temple et la place de la Révolution. Dans la voiture, Louis lit les prières des agonisants dans le bréviaire d’Edgeworth. Sur la place, il descend, repousse les bourreaux qui s’approchent et se déshabille lui-même. Lorsqu’ils veulent lui lier les mains, il proteste et semble prêt à résister. Edgeworth lui rappelle que cette humiliation sera sa dernière ressemblance avec le Christ ; Louis consent alors à se laisser conduire.
Il tenta de parler à la foule. Il dit qu’il mourait innocent des crimes dont on l’accusait, pardonnait aux auteurs de sa mort et ne voulait pas que son sang retombât sur la France. Les tambours couvrirent sa voix. Edgeworth lui adressa ses derniers mots tandis qu’on le conduisait à l’échafaud. Dans ce passage emprunté à Thiers, l’exécution a lieu à dix heures dix. Après la mort du roi, des hommes trempèrent leurs piques et leurs mouchoirs dans le sang et partirent en criant leur adhésion à la République. La capitale, dit la chronique, resta ensuite silencieuse, sous les patrouilles et les fenêtres fermées.
Marie-Antoinette demeura au Temple pendant plusieurs mois avant d’être transférée à la Conciergerie. En octobre 1793, elle comparut devant le Tribunal révolutionnaire. Le président l’accusa d’avoir enseigné à Louis l’art de dissimuler et d’avoir voulu rétablir la monarchie au prix de la vie des patriotes. Elle répondit qu’elle et son mari n’avaient voulu que le bonheur de la France. Lorsqu’un juré insista sur les accusations, elle se tourna vers les mères présentes et leur demanda de juger elles-mêmes. Bailly, appelé comme témoin, déclara qu’il avait connu Madame et ne savait rien contre elle. Le tribunal la condamna à l’unanimité ; elle fut exécutée le 16 octobre.
Élisabeth, sœur de Louis, fut exécutée le 10 mai 1794. Le récit de Champagnac la présente comme étrangère aux accusations politiques et décrit sa mort comme un nouveau coup porté à la famille. Le dauphin, lui, ne fut pas jugé. Après le départ de Simon, qui avait été placé comme précepteur, des membres de la Commune surveillèrent le garçon dans son cachot du Temple. La chronique rapporte qu’ils le réveillaient pendant la nuit, le forçaient à se lever et le renvoyaient au lit. Son linge n’était pas changé et sa chambre restait close.
L’enfant mourut en juin 1795. Champagnac attribue sa mort principalement aux conditions de détention qu’il décrit. Citant un écrivain qu’il ne nomme pas, il rapporte qu’à la fin le garçon avait perdu une grande part de ses facultés et ne manifestait plus que de la reconnaissance envers ceux qui ne lui faisaient pas de mal. Ainsi se dispersa la famille réunie derrière une porte vitrée au Temple : le roi fut exécuté après un vote serré, la reine après un procès qui mêlait accusations politiques et imputations infamantes, Élisabeth dans la vague des exécutions, et l’enfant dans un isolement dont la chronique décrit les privations.