Войска антифранцузской коалиции выступили против, бунтовщиков, но по мере их приближения к Парижу революционная истерия все более и более нарастала, пока 20 июня 1792 года толпа парижских санкюлотов не ворвалась в королевский дворец Тюильри. Правда, им не удалось добиться от короля подписания декретов о высылке не присягнувших революции священников и о создании в окрестностях Парижа военного лагеря для спасения столицы от австрийской и прусской армий.
Ситуация еще больше обострилась после заявления командующего австрийской армией герцога Брауншвейгского. Тот объявил, что разрушит весь Париж, если только революционеры посмеют причинить вред королевской семье. В результате 10 августа 1792 года вспыхнуло новое восстание в Париже. Разгоряченная толпа бунтарей захватила дворец Тюильри, королевская семья была арестована и заключена под стражу в тюрьму Тампль. Полтора месяца спустя, 21 сентября 1792 года, Законодательное собрание заявило о низложении короля и провозгласило Первую Французскую республику. Так Людовик XVI в одно мгновение из короля превратился в простого гражданина республики Людовика Капета. Революционные газеты с гордостью и торжеством сообщали об этом событии, не уставая подчеркивать нынешнюю незначительность некогда влиятельного короля.
Вскоре произошло важное событие, поставившее под угрозу не только репутацию короля, но и его жизнь: в ноябре 1792 года в Тюильри был обнаружен личный королевский тайник. В нем находились документы, явно свидетельствующие о двойной игре короля, который официально поддерживал действия революционеров, но втайне вел переписку с вражескими государствами и контрреволюционной эмиграцией. Открылся и факт подкупа влиятельных лиц государства с целью помешать деятельности революционеров и тем самым воспрепятствовать установлению нового режима. В результате 3 декабря Конвентом было принято решение о судебном преследовании бывшего короля. Его обвинили в заговоре против свободы нации и в покушении на национальную безопасность.
Людовик XVI был дважды допрошен (11 и 23 декабря) в Конвенте, но ни его ссылки на права, утвержденные конституцией, ни усилия жирондистов, пытавшихся спасти жизнь бывшему главе государства, не смогли повлиять на исход процесса. 19 января 1793 года состоялось голосование, на котором 380 депутатов Конвента выступили за утверждение смертного приговора, против было чуть меньше – 310 депутатов. Однако согласно большинству голосов приговор был приведен в исполнение. 21 января 1793 в Париже на площади Революции Людовик XVI был гильотирован. Не избежала казни и его супруга, Мария-Антуанетта.