В декабре в Ревель прибыл еще один московский разведчик, дворянин Челищев, но шведы дали ему понять – в городе самозванца нет. Однако разведчик продолжал поиски, и в апреле нашел Тимофея в Любеке, на континенте. Челищеву удалось выследить Константина Конюхова и, схватив его на одной из улиц Ревеля, переправить в Москву, где Кость попал в руки Ефиму Алмаз Иванову, дьяку Тайного приказа. 28 мая дьяк приступил к допросу и пыткам. В московских архивах сохранились протоколы допроса.
В марте 1653 года московские разведчики вышли на след Тимофея в Голштинии, но необходимо было точно установить личность подозреваемого. А для этого нужно было разыскать человека, знавшего самозванца достаточно хорошо, этапировать его в Голштинию, показать ему Тимофея и уже тогда просить герцога Голштинского арестовать самозванца и выдать его Москве. Полгода работали сыщики Тайного приказа и, наконец, в Енисейском остроге нашли такого человека – дьяка Василия Шпилькина, крестившего одного из детей Тимофея Акундинова. Пообещав свободу и жизнь в Москве на пенсион, разведчики привезли дьяка в Голштинию и показали ему Акундинова. Шпилькин признал его. После этого московские дипломаты приступили к обработке самого герцога, и тот согласился арестовать и передать самозванца, но взамен требовал беспошлинного проезда голштинских купцов с товарами через московскую территорию в Персию, что и торжественно обещал ему московский посол.
Тимофей Акундинов был арестован голштинской полицией в октябре 1653 года, закован в кандалы и направился в свое последнее путешествие по просторам Европы. Когда въехали на московскую территорию, он решил покончить счеты с жизнью и бросился под карету, но ему не повезло. Перед первым допросом дьяк Ефим Алмаз Иванов приказал привести мать самозванца для опознания. Увидев свою мать в рясе монахини, Тимофей, чтобы сохранить ей жизнь, не опознал ее, но мать опознала сына.
28 декабря допросы в Москве закончились. Сохранились их протоколы: самозванец во всем признался, но так и не смог внятно пояснить, что им двигало. «Тишайший» царь московский Алексей Михайлович указал: «Вора Тимошку Акундинова… вершить на Красной площади, четвертовать и по кольям растыкать», что и произошло в декабре 1653 года. Так завершилась царская охота на Тимофея Акундинова, но память о нем казнью не закончилась. Каждый год, начиная с 1653-го, в первую неделю Великого поста перед Рождеством Христовым, провозглашалась анафема – великое отлучение, по российскому церковному «Чину Православия», от христианской православной церкви имен Гришки Отрепьева и Тимошки Акундинова, потом к ним присоединились Стенька Разин, Иван Мазепа и Емелька Пугачев.