По прибытии Алексея в Петербург царь решил проэкзаменовать сына в его познаниях в геометрии и фортификации, при этом он приказал предъявить чертежи, сделанные им. Это решение отца обеспокоило Алексея. Проверка знаний могла показать его бездарность и нежелание заниматься делами отца. Испугавшись этого, Алексей совершил необычный поступок: взял пистолет и выстрелил себе в ладонь правой руки. Однако пуля попала не в руку, а в стену, и царевичу руку только опалило. Увидев рану, царь спросил сына: что это такое? Царевич сумел как-то выкрутиться, и отец поверил его рассказу. Но с этого времени он как бы махнул рукой на сына и не хотел с ним говорить. Царевич Алексей жил в Петербурге, хотя по возможности избегал общества своей жены. Он по-прежнему проводил время со своими приятелями, особенно священнослужителями. С ними Алексей беседовал на религиозные темы и о различных видениях, в которые от души верил. Не забывал царевич и о пьяных вечеринках. Во время бесед за чашей вина он высказывал своим собеседникам задушевные чувства и желания. «Вот, – говорил он, – чертовку мне жену навязали! Как к ней приду, все сердитует, не хочет со мной говорить! Все этот Головкин с детьми! Разве умру, то ему не заплачу и сыну его Александру: голове его быть на коле, и Трубецкому… они к батюшке писали, чтоб на ней мне жениться». Друзья предупреждали царевича, что так говорить нельзя. На что он отвечал: «Я плюю на всех, была бы мне чернь здорова; когда время будет без батюшки, я шепну архиереям, архиереи священникам, священники прихожанам, – так они и не хотя меня властителем учинят!» Такие речи указывали на конкретных союзников царевича, что не могло остаться незамеченным в окружении царя и царицы (к этому времени Петр уже официально женился на Екатерине). Тучи все плотнее сгущались над головой Алексея. Подорвалось и его здоровье. В 1714 году царь отпускает царевича в Карлсбад для лечения, а его беременная жена остается Петербурге. Перед отъездом на лечение Алексей встретился со своим сторонником Кикиным, который посоветовал ему не возвращаться в Россию.
В Карлсбаде царевич лечился, читал литературу, в основном церковную, делал выписки из книг. А в это время в Петербурге Шарлотта родила царевичу дочь, и он, несмотря на предостережения друзей, возвратился в Петербург. Вскоре принцесса вновь забеременела, и 12 октября 1715 года родила сына, которого назвали Петром. Через десять дней после родов принцесса умерла. И здесь завязалась очередная интрига. Императорский посол Плейер сообщал, что смерти Шарлотты способствовали «большие огорчения», которые она переносила в России. Возможно, это связано было с тем, что в это время беременной ходила и Екатерина. Появление мальчика у царицы создавало проблемы с будущим наследником престола. Возможно, у царицы с невесткой и состоялись какие-то серьезные разговоры, которые и повлияли на состояние здоровья принцессы. Возможно, ее сгубило и известие о рождении у царицы сына. Как бы там ни было, принцессы не стало. Ее похоронили 27 октября. В этот же день царь Петр в присутствии сановников вручил сыну письмо. В нем говорилось, что царевич, несмотря на все уговоры отца измениться, остался верен себе. В этой связи царь указывал, что сын не способен управлять государством, заниматься военными и морскими делами. Петр грозил лишить сына наследства и, заканчивая письмо, предупреждал: «Не мни себе., что один ты у меня сын и что я сие только в устрастку пишу: во истину исполню, ибо за мое отечество и люди живота своего не жалел и не жалею, то како могу тебя непотребного пожалеть? Лучше будь чужой добрый, неже свой непотребный».