El 20 de enero de 1793, tras las votaciones de los días 16 y 17 de enero, Luis XVI recibió los decretos que lo condenaban. Tomó la sentencia, se la guardó en el bolsillo y solicitó un plazo de tres días para prepararse a morir, un sacerdote, una última entrevista con su familia y la autorización para que los suyos abandonaran Francia. El indulto temporal le fue denegado; la entrevista familiar y el auxilio espiritual de un sacerdote le fueron concedidos, mas la partida de su familia no llegó a verificarse.
El proceso había ocupado varias semanas. Cuando Luis XVI compareció ante la Convención, Desèze asumió su defensa. Recordó la inviolabilidad de la persona real y añadió que, si el acusado no podía ser juzgado en calidad de rey, debía al menos gozar de los derechos inherentes a un ciudadano. Procuró luego rebatir los cargos que se le imputaban, en particular la acusación de haber hecho derramar sangre francesa el 10 de agosto. Su alegato concluía con una advertencia dirigida a los diputados: la historia juzgaría su decisión.
Tras el regreso del monarca al Temple, los diputados reanudaron el debate. Lanjuinais impugnó el derecho mismo de la Convención a juzgarlo. Los girondinos propusieron consultar al pueblo; la Montaña se opuso tenazmente. El 14 de enero, la Convención fijó la votación de las cuestiones. De los 749 miembros consignados por Champagnac, 683 declararon a Luis culpable de conspiración contra la libertad y de atentado contra la seguridad del Estado. El llamamiento nominal sobre la pena se prolongó durante la noche del 16 y la jornada del 17. De 721 diputados presentes, 361 votaron por la muerte sin condiciones, alcanzando así la mayoría absoluta. Vergniaud, quien presidía la sesión, pronunció la sentencia.
Luis aguardaba entonces a sus defensores desde hacía cuatro días y solicitaba verlos. Al llegar los enviados del Consejo Ejecutivo, se mantuvo con serenidad en el umbral de su aposento. Garat le entregó los decretos: culpabilidad, condena a muerte, desestimación de la apelación al pueblo y ejecución en el plazo de veinticuatro horas. El rey leyó a continuación una carta en la que reclamaba un plazo de tres días, la asistencia de un confesor, una última entrevista con los suyos y la salida de estos del territorio francés. Tras haber entregado su memorial, regresó a sus habitaciones y solicitó la cena.
Le habían retirado los cuchillos. Al negársele uno, declaró que nadie podía considerarlo tan cobarde como para atentar contra su propia vida y que sabría morir sin temor. Comió sin cuchillo. La Convención denegó la prórroga solicitada. Se concedieron la entrevista familiar y la presencia de un sacerdote, mas la petición de facilitar la salida de su familia de Francia quedó en nada. Garat mandó llamar al abate Edgeworth de Firmont. Cuando el ministro regresó para notificar la negativa, Champagnac describe a un príncipe sereno frente a la emoción visible de quien venía a transmitirle la noticia.
Eran las ocho de la noche cuando Edgeworth fue introducido. Luis le habló del clero francés y le encomendó que transmitiera al arzobispo de París su inquebrantable adhesión a la Iglesia. Salió luego al encuentro de los suyos. Los delegados municipales habían dispuesto un comedor separado por una puerta acristalada: podían así vigilar el encuentro sin percibir las palabras pronunciadas. Luis había hecho colocar agua sobre una mesa, por si alguna de las mujeres sufría un desmayo.
A las ocho y media entró la reina llevando al delfín de la mano. Madame Isabel y Madame Real la siguieron. Se arrojaron a los brazos del rey. Los primeros minutos transcurrieron, según la crónica, entre sollozos y abrazos; después, la conversación se reanudó en voz baja, entrecortada por prolongados silencios. El monarca prometió volver a verlas a la mañana siguiente. Las princesas le rogaron que confirmara su promesa. Madame Real, que aún permanecía asida a él, se desvaneció al verle levantarse para partir. Hubo que llevarla en volandas. Luis regresó junto al sacerdote y solo recobró el sosiego al cabo de unos instantes.
Se acostó hacia la medianoche y ordenó a Cléry que lo despertara a las cinco. Al levantarse, el ayuda de cámara encendió el fuego y dispuso una cómoda a modo de altar. Edgeworth ofició la misa; Luis la siguió de rodillas y comulgó. Solicitó unas tijeras para cortarse él mismo el cabello, a fin de evitar que tal menester fuera ejecutado por los verdugos. La Comuna lo rehusó. Encomendó a Cléry que transmitiese su postrer adiós a la reina, a su hermana y a sus hijos, junto con un sello, unos mechones de cabello y ciertas joyas. Rogó asimismo a un oficial municipal que hiciese llegar su testamento a la Comuna. Este le respondió con aspereza que su cometido era conducirlo al cadalso, no hacer sus recados. No volvió a ver a los suyos antes de partir; el pasaje de Thiers, reproducido por Champagnac, explica que quiso ahorrarles una escena aún más desgarradora.
En el relato del trayecto y de la ejecución que Champagnac toma explícitamente de Thiers, una multitud en armas bordea el camino, mas ningún desmán hostil se produce entre el Temple y la plaza de la Revolución. En el carruaje, Luis reza las oraciones de los agonizantes en el breviario de Edgeworth. En la plaza, desciende, aparta a los verdugos que se aproximan y se despoja él mismo de sus prendas. Cuando intentan atarle las manos, protesta y da muestras de resistirse. Edgeworth le recuerda que esa humillación será su postrer semejanza con Cristo; Luis consiente entonces en dejarse guiar.
Intentó dirigir la palabra a la multitud. Declaró que moría inocente de los crímenes que se le imputaban, perdonaba a los causantes de su muerte y deseaba que su sangre no recayera sobre Francia. El redoble de los tambores apagó su voz. Edgeworth le dedicó sus últimas palabras mientras lo conducían al cadalso. En este fragmento tomado de Thiers, la ejecución tiene lugar a las diez y diez. Tras expirar el rey, varios hombres mojaron sus picas y pañuelos en la sangre y se alejaron proclamando a gritos su adhesión a la República. La capital, afirma la crónica, quedó luego silenciosa, bajo el paso de las patrullas y tras las ventanas atrancadas.
María Antonieta permaneció en el Temple durante varios meses antes de su traslado a la Conciergerie. En octubre de 1793, compareció ante el Tribunal Revolucionario. El presidente la acusó de haber instruido a Luis en el arte de la disimulación y de haber intentado restablecer la monarquía a costa de la vida de los patriotas. Ella replicó que su esposo y ella solo habían deseado la felicidad de Francia. Cuando un jurado insistió en las imputaciones, se volvió hacia las madres presentes y las emplazó a juzgar por sí mismas. Bailly, llamado a declarar en calidad de testigo, manifestó que había conocido a Madame y nada sabía que pudiera perjudicarla. El tribunal la condenó por unanimidad; fue ejecutada el 16 de octubre.
Isabel, hermana de Luis, fue ejecutada el 10 de mayo de 1794. El relato de Champagnac la presenta como ajena a las acusaciones políticas y retrata su muerte como un nuevo golpe asestado a la familia. El delfín, por su parte, jamás compareció ante un tribunal. Tras la marcha de Simon, a quien habían nombrado preceptor, diversos miembros de la Comuna vigilaron al muchacho en su calabozo del Temple. La crónica refiere que lo despertaban a altas horas de la noche, lo forzaban a levantarse y lo devolvían al lecho. Su ropa no se mudaba y su aposento permanecía clausurado.
El niño murió en junio de 1795. Champagnac achaca su fallecimiento ante todo a las condiciones de encierro que describe. Citando a un escritor a quien omite nombrar, refiere que hacia el final el infante había perdido gran parte de sus facultades y solo mostraba gratitud hacia quienes no le infligían tormento. Así quedó dispersada la familia que antaño se congregara tras la puerta acristalada del Temple: el rey guillotinado tras una votación estrecha, la reina tras un proceso en el que se mezclaron acusaciones políticas e infamias ultrajantes, Isabel en la vorágine de las ejecuciones, y el niño consumido en un aislamiento cuyas privaciones deja consignadas la crónica.