Великие князья были арестованы в начале июля 1918 года и первое время находились в вологодской тюрьме. В сохранившемся письме великого князя Георгия Михайловича великой княгине Марии Георгиевне, тайно вынесенном из тюремной камеры, говорилось:
«Мы находимся в тюрьме уже в течение четырнадцати дней, и самое страшное то, что нам до сих пор не предъявили никакого обвинения. Многие из охранников помнят меня с фронта, и мы разговариваем друг с другом очень вежливо. Их идеи довольно путанны и являются следствием социалистической пропаганды — той пропаганды, которая превратила их в стадо обманутых детей.
Сегодня, в воскресный день, мы были в церкви, и нас поместили позади решетки, как зверей. По приказу Урицкого нас должны перевести в Петербург. Мы думаем, что нас отправляют отсюда (из Вологды) для того, чтобы мы не попали в руки союзников. С другой стороны, учитывая те ужасные новости об убийстве Верховного — Царя, — я не могу быть уверен в том, что они не сделают с нами то же самое. Я уверен, что они посадили нас в тюрьму как раз для этого, и мы, по всей вероятности, будем осуждены. Я, однако, не боюсь этого, потому что совесть моя чиста и с помощью Всевышнего я умру спокойно».
В начале августа 1918 года все трое великих князей были переведены в Петроград в Дом предварительного заключения, находившийся в Петропавловской крепости, где они пребывали вплоть до своего расстрела в январе 1919 года. Несколько позже туда же при строгом режиме под стражей был доставлен и великий князь Павел Александрович, который до тех пор был на свободе и со своей семьей жил в Царском Селе.
В августе 1918 года Харальд Скавениус, не дожидаясь получения инструкций из МИДа Дании, по собственной инициативе обратился к советскому правительству с требованием предоставления гарантий арестованным великим князьям. Осенью 1918 года Скавениус посетил Урицкого, в руках которого находились все властные распоряжения в отношении арестованных. Последний заявил датскому посланнику, что великие князья переведены в Петроград ради их собственной безопасности. Заявления аналогичного содержания были даны Урицким и самим великим князьям.
В телеграмме, направленной позже в датский МИД, Скавениус коротко комментировал эти заявления: «Это, естественно, является неправдой». С согласия датского посланника посольство Дании в Петрограде выделяло денежные средства, на которые осуществлялась покупка продуктов питания, доставлявшихся три раза в неделю арестованным.
9 августа 1918 года, еще до ареста великого князя Павла Александровича, Скавениус предложил ему через его приемную дочь Марианну план организованного побега из России. Великий князь должен был скрыться в Австро-Венгерском посольстве, находившемся в тот период под патронажем Дании. Одетый в форму австро-венгерского военнопленного Павел Александрович должен был затеряться в рядах австрийских военнопленных. Великий князь наотрез отказался принять к исполнению этот план, заявив, что он скорее умрет, нежели наденет на себя австро-венгерскую форму — форму враждебного России государства.
15 августа по распоряжению Чрезвычайной комиссии в Петропавловскую крепость был доставлен пятый князь — Гавриил Константинович, больной туберкулезом. Он был сыном великого князя Константина Константиновича и носил титул «князя императорской крови», так как согласно реформе Александра III звание «великих князей» носили только дети и внуки царствующего государя.
В 1915 году Гавриил Константинович закончил Военную академию в чине полковника. Его подпись среди шестнадцати подписей других Романовых стояла под письмом, направленным Николаю II после убийства Распутина. Авторы письма просили царя о прощении великого князя Дмитрия Павловича, участвовавшего в убийстве.
Позже в эмиграции князь Гавриил Константинович вспоминал:
«15-го августа н[ового стиля] 1918 г. меня арестовали по приказанию Чека и, продержав там в полном неведении несколько часов, отвезли в Дом предварительного заключения… Тюрьма на меня произвела удручающее впечатление. Особенно теперь, в такое тяжелое время и в полном неведении будущего, мои нервы сдали. Пришел начальник тюрьмы, господин с седой бородой и очень симпатичной наружности. Я попросил поместить меня в лазарет, как обещал сделать Урицкий, но постоянного лазарета в Доме предварительного заключения не оказалось, и начальник тюрьмы посоветовал мне поместиться в отдельной камере. Меня отвели на самый верхний этаж, в камеру с одним маленьким окном за решеткой. Камера была длиной в шесть шагов и шириной в два с половиной. Железная кровать, стол, табуретка — все было привинчено к стене. Начальник тюрьмы приказал положить на койку второй матрац.
В этой же тюрьме сидели: мой родной дядя великий князь Дмитрий Константинович и мои двоюродные дяди — великие князья Дмитрий Константинович, Николай и Георгий Михайловичи.
Вскоре мне из дома прислали самые необходимые вещи, и я начал понемногу устраиваться на новой квартире. В этот же день зашел ко мне в камеру дядя Николай Михайлович. Он не был удивлен моим присутствием здесь, т. к. был убежден, что меня тоже привезут сюда. Дядя Дмитрий Константинович помещался на одном этаже со мной, но его камера выходила на север, а моя на восток. Дядя Павел Александрович, Николай и Георгий Михайловичи помещались этажом ниже, каждый в отдельной камере.
В этот же день мне удалось пробраться к дяде Дмитрию Константиновичу. Стража смотрела на это сквозь пальцы, прекрасно сознавая, что мы не виноваты. Я подошел к камере дяди, и мы поговорили в отверстие в двери… Я нежно любил дядю Дмитрия; он был прекрасным и очень добрым человеком и являлся для нас как бы вторым отцом, разговаривать пришлось недолго, потому что разговоры были запрещены…
Тюремная стража относилась к нам очень хорошо. Я и мой дядя Дмитрий Константинович часто беседовали с ними, и они выпускали меня в коридор, позволяли разговаривать, а иногда даже разрешали бывать в камере дяди. Особенно приятны были эти беседы по вечерам, когда больше всего чувствовалось одиночество».
В это время супруга великого князя Гавриила Константиновича — Антонина Романова (Нестеровская) предпринимала отчаянные попытки спасти из тюрьмы больного мужа. С этой целью она посетила М. Урицкого.
«Урицкий встретил меня на пороге, — вспоминала она. — Это был очень прилично одетый мужчина в крахмальном белье, небольшого роста, с противным лицом и гнусавым, сдавленным голосом.
— Чем могу служить вам, сударыня? — задал он мне вопрос.
Я вспомнила совет Н. И. Л-вой и, собрав все свое спокойствие, сказала:
— Мой муж, Гавриил Константинович, в данное время лежит больной инфлуэнцией. Он страдает туберкулезом, и я пришла заявить, что мой муж ни в коем случае никуда не может ехать, так как всякое передвижение грозит для него открытием туберкулезного процесса, что подтверждают документы и принесенные мною свидетельства.
Он слушал молча, стоя передо мной и пытливо смотря мне в глаза.
— Сколько лет вашему мужу?
— Тридцать, — ответила я.
