Тим часом на Україні почалася розправа з прибічниками Многогрішного. Протопопа С. Адамовича і П. Грибовича затримали в Севську при їх поверненні з Москви під приводом відсутності коней і підвід. Коли ж ця хитрість не вдалася, то севський воєвода змушений був сказати правду про гетьмана і почав тиснути на них. Грибович не піддався, й за це його заарештували. Адамович же хутко зорієнтувався і при особистій зустрічі з стрілецьким головою М. Колупаєвим заявив, що на його думку гетьман в останній час змінив своє ставлення до союзу з Росією. Головну причину такої зміни протопоп убачав у побоюваннях Дем'яна Многогрішного, що цар віддасть Україну з Києвом полякам. Крім того, він повідомив співбесіднику про намір гетьмана почати воєнні дії проти російських військ на Лівобережжі.

Брат гетьмана Василь, тоді чернігівський полковник, дізнався від одного монаха з Москви, що царський уряд готується заарештувати гетьмана й відправити до Москви. І коли, другого дня до нього з'явився напівголова місцевих стрільців з наказом негайно йти до воєводи, він удав свою готовність виконати розпорядження, а потім, осідлавши коня, хутко добрався до Єлецького монастиря. Одначе місцевий архімандрит І. Галятовський відмовився дати йому захисток. Так само поступили й ігумени Микільського та Максаківського монастирів, які тільки вчора всіляко запобігали перед полковником. Переслідуваний виявився не потрібний нікому. Зрозумівши це, Василь Многогрішний, поклався тільки на себе. Перевдягнувшись у рясу монаха, він на човні спустився Десною та Дніпром до Києва, тут відкрився ігумену Братського монастиря В. Ясинському й просив того дати йому притулок. Ігумен одразу ж повідомив про втікача київському воєводі Г. Козловському. За наказом воєводи Василя Многогрішного заарештували, вчинили допит і відправили до Москви. Така ж доля спіткала й ніжинського полковника М. Гвинтівку. І це при тому, що, дізнавшись про арешт свого благодійника, він поспішав до Москви з доносом на нього.

Противники Многогрішного переслали в Малоросійський приказ супліку з перерахуванням усіх антиросійських висловів заарештованого. Серед них про те, що цар віддав полякам майже всю Україну, і що потрібно шукати іншого покровителя, про грошову підтримку царським урядом противника України шляхетської Польщі, власну готовність шаблею загнати московитів "за столицю" і що султан турецький справедливо говорив зневажливо про російського царя і т. п. До цих звинувачень додано й свідчення колишніх прихильників гетьмана — батуринських сотника Г. Карповича й отамана Я. Андрєєва. "Якби ми, — повідомляли царя, — записали всі докази Демкової зради, то не помістили б усього не тільки на аркуші паперу, але й на воловій шкірі".

В Посольському приказі від 14 квітня почався допит "з пристрастям" Дем'яна Многогрішного. В'язень не визнав звинувачень у зраді російського царя, а захоплення Гомеля козаками пояснив не прагненням до розширення території України, а тільки військовою необхідністю. Особливий натиск робили бояри і думні люди на виясненні відносин між лівобережним і правобережним гетьманами. Причому все подавалося як зрада по відношенню до царя. Однак, незважаючи на всілякі тортури, Многогрішний твердо стояв на своєму — ніякої змови, ніякої зради з Петром Дорошенком проти царя в нього не було. Інші дії колишнього гетьмана, спрямовані на збереження автономних прав України, трактувалися як зрада російському цареві. Вперше царський уряд поступив з загальнокозацьким обранцем, як із своїм підданим. У цьому йому активно допомагала та частина козацької старшини, яка заради власних інтересів готова була пожертвувати інтересами молодої української держави. Саме завдяки їй царські чиновники винесли найсуворіший вирок Дем'яну Многогрішному та його брату Василеві.

28 травня братів вивезли з тюрми на болото, де вже стояла плаха. Дяк Малоросійського приказу почав читати звинувачення й виніс вирок — відрубати голови обом. Кат поклав Василя і Дем'яна на плаху, аж тут примчався гінець царя з криком: "Стій!". Не зіскочивши з коня, він передав дяку грамоту, в якій цар заміняв страту висилкою на заслання. Такого ж покарання зазнали й прибічники колишнього гетьмана. Разом із Многогрішним покари заслання зазнали дружина Настя, сини Петро та Іван, дочка Олена й племінник Михайло Зіновіїв. З Гвинтівкою в далеку дорогу вирушила дружина Ірина, сини Юхим та Федір. Після втечі з заслання П. Грибовича власті деякий час тримали Дем'яна Многогрішного в тобольському острозі. Після звільнення з в'язниці він перебував на службі в Іркутську, а потім постригся в ченці, його сини тривалий час перебували на службі в Сибіру й на Далекому Сході. Помер Дем'ян Многогрішний десь на початку XVIII століття.