Trước khi Aleksandr II bị giết, nhà cách mạng người Ba Lan Ignacy Hryniewiecki - một trong những người tham gia vụ mưu sát Nga hoàng - có viết:[75]

Nga hoàng Aleksandr II nhất định phải chết... Ông ta sẽ chết, và chúng ta - kẻ thù của ông ta, đao phủ của ông ta - cũng sẽ chết.... Có bao nhiêu người phải hy sinh để đất nước được tự do?... Tôi là một người có số phận chết yểu, tôi sẽ không thấy chiến thắng của chúng ta, tôi sẽ không được sống trong một ngày, một giờ chiến thắng huy hoàng của chúng ta, nhưng tôi tin rằng, với cái chết của tôi, tôi sẽ làm tròn nghĩa vụ của mình, và không có một ai trên thế giới này có thể đòi hỏi tôi làm một điều gì nữa....

Đề xuất của Mikhail Tarielovich, Bá tước Loris-Melikov

Nga hoàng bổ nhiệm Mikhail Tarielovich, Bá tước Loris-Melikov làm Chủ tịch Uỷ ban Hành pháp tối cao - một Uỷ ban vừa được thiết lập tại Sankt-Peterburg sau vụ mưu sát Aleksandr II vào tháng 2 năm 1880, với trọng trách đối phó với phong trào cách mạng.[76] Hội "Dân ý" tuyên bố sẽ chấm dứt những hoạt động khủng bố nếu triều đình Nga ban bố một bản Hiến pháp công nhận quyền tự do bầu cử và bãi bỏ cơ quan kiểm duyệt. Vào ngày 25 tháng 2 năm 1880, Aleksandr II tuyên bố rằng ông đang suy xét về việc ban bố Hiến pháp. Để chứng tỏ ý định tốt của mình, ông ra lệnh cho các nhà tù phóng thích một số lượng lớn tù nhân. Ngoài ra, ông cũng hạ lệnh cho Loris-Melikov soạn thảo một bản Hiến pháp, với những quy định làm thoả mãn những nhà cách mạng nhưng đồng thời bảo vệ quyền lợi của tầng lớp thống trị.[35] Tháng 8 năm 1880, Uỷ ban Hành pháp Tối cao bị giải tán, Loris-Melikov được nhà vua bổ nhiệm làm Bộ trưởng Nội vụ, nắm đặc quyền trong tay.[77]

Trong thời gian này, Bộ Công an Nga thiết lập Tổ chức Mật vụ thời Nga hoàng, còn gọi là "Okhrana". Theo lệnh của Bộ trưởng Nội vụ Loris-Melikov, những người làm tay trong bắt đầu tham gia các tổ chức chính trị chủ trương vận động cải cách xã hội thời bấy giờ.

Vào tháng 1 năm 1881, Bá tước Loris-Melikov đề xuất những dự định của mình với Nga hoàng Aleksandr II. Trong những dự định này có việc mở rộng quyền lực của các Zemstvo. Sự mở rộng này sẽ giúp cho mỗi zemstov có thể gửi các đại biểu đến một Hội đồng Quốc gia được gọi là "Gosudarstvenny Soviet". Hội đồng Quốc gia này có quyền ban hành luật pháp. Aleksandr II lo ngại rằng nếu thực hiện những đề xuất của Loris-Melikov, Hội đồng Quốc gia sẽ nhận được quá nhiều quyền lợi. Vì thế, thay vì ban bố ngay Hiến pháp, ông triệu tập một uỷ ban có vai trò xem xét những đề xuất của Loris-Melikov.[35]

Tháng 2 năm 1881, Tổ chức Mật vụ Okhrana đã phát hiện ra một âm mưu ám sát Nga hoàng do Andrei Zhelyabov thực hiện. Zhelyabov bị bắt giữ nhưng từ chối cung cấp bất cứ một thông tin nào về âm mưu này. Zhelyabov lại còn nói một cách tự tin rằng cảnh sát đừng mong rằng họ sẽ bảo vệ được tính mạng của Nga hoàng Aleksandr II.[35]

Diễn biến vụ ám sát (1881)

Vua Aleksandr II bị ám sát tại Nga. Tranh vẽ của G. Broling vào năm 1881.

Tổ chức "Dân ý" trở nên giận dữ vì chế độ Nga hoàng đã không ban hành một Hiến pháp mới cho đế quốc Nga. Thế là họ quyết định ám sát Aleksandr II. Những người tham gia trong vụ này bao gồm Sophia Perovskaya, Andrei Zhelyabov, Gesia Gelfman, Nikolai Sablin, Ignatei Grinevitski, Nikolai Kibalchich, Nikolai Rysakov and Timofei Mikhailov.[35]

Sau nhiều lần thoát chết, đến ngày 13 tháng 3 (tức ngày 1 tháng 3 theo Lịch cũ) năm 1881, Nga hoàng Aleksandr II cuối cùng cũng trở thành nạn nhân của một âm mưu ám sát. Trớ trêu thay, trong ngày hôm đó, ông đã phê duyệt một bản Tuyên cáo—còn gọi là Hiến pháp Loris-Melikov—theo đó thành lập hai Ủy ban lập pháp, gồm những đại biểu được gián tiếp bầu chọn.[23] Những sự kiện xảy ra sau đó đã khiến cho những dự định của Loris-Melikov không bao giờ được thực hiện. Cũng trong ngày hôm đó người vợ mới của Nga hoàng là Yekaterina Dolgorukov đã khuyên ông không nên ra ngoài đường vì bà có linh cảm rằng ông sẽ gặp khó khăn. Ông đã làm cho bà bớt lo lắng bằng việc ôm ấp Dolgorukov trên một cái bàn trong căn phòng của bà và bỏ lại bà ở đó. Quả nhiên, vài tiếng sau Aleksandr II bị thương nặng, được mang về cung điện về mất do thiếu quá nhiều máu:[78]

Từ nhiều năm trước, cứ mỗi Chủ Nhật thì Nga hoàng lại đến Manezh để chứng kiến cuộc duyệt binh của các vệ sĩ. Ngày hôm đó, trên đường tới Manezh cũng như trên đường về, ông ngồi trên một chiếc xe ngựa kín, được hộ tống bởi sáu người Cossack, cùng một chỗ ngồi thứ bảy nằm ở phía bên trái người đánh xe. Theo sau xe của Aleksandr II có hai chiếc xe trượt tuyết chở cảnh sát trưởng và người đứng đầu toán vệ binh của Nga hoàng. Như thường lệ, bọn họ phải đi theo đường kênh Ekaterina và vượt qua cầu Pevchesky. Các thành viên hội "Dân ý" đã theo dõi Nga hoàng trên suốt quãng đường[35] Nằm hai bên đường là những lề đường chật hẹp dành cho người dân thường. Trên một góc phố gần kênh Ekaterina, Sophia Perovskaya ra hiệu cho Nikolai Rysakov và Timofei Mikhailov đặt bom tại xe ngựa Hoàng đế. Một thành viên trẻ của tổ chức "Dân ý" (Narodnaya Volya), Nikolai Rysakov, đang cầm một cái hộp nhỏ màu trắng được bao bọc bởi một chiếc khăn mùi xoa:

Sau một lúc do dự tôi đã thả bom. Tôi đặt nó dưới những chiếc móng ngựa với suy nghĩ rằng nó sẽ làm nổ tung chiếc xe ngựa Hoàng đế… Quả bom nổ đã khiến tôi bị đập vào hàng rào.[79]

Aleksandr II trong giờ phút cuối cùng của cuộc đời ông (1881).

Quả bom nổ: một người Cossack thiệt mạng, người lái xe và dân bên đường bị thương trầm trọng và chỉ làm hỏng chiếc xe ngựa có khả năng chống các can nhiễu từ bên ngoài, một món quà của hoàng đế Pháp Napoléon III tặng Aleksandr II. Ông hoảng sợ, nhưng không bị sao. Ít lâu sau đó Nikolai Rysakov bị bắt. Cảnh sát trưởng Dvorzhitsky nghe thấy tiếng Rysakov gọi một ai đó trong đám đông. Trong lúc đó, Aleksandr II khăng khăng đòi rời khỏi xe để băng bó cho những người bị thương.[35] Một thành viên trẻ khác của hội Dân ý, Ignacy Hryniewiecki, đứng bên hàng rào của kênh Ekaterina, đã giơ cả hai bàn tay lên và thả một thứ gì đó xuống chân Aleksandr. Người ta cho rằng Hryniewiecki đã nói "vẫn còn sớm để cầu nguyện Chúa".[80] Đó là một quả bom: nó đã giết chết cả Nga hoàng lẫn Hryniewiecki.[35] Sau này cảnh sát trưởng Dvorzhitsky đã viết:

“	Một quả bom nổ, nó làm tôi đau đầu, bị cháy, bị thương và ngã xuống đất. Đột nhiên, giữa màn khói và tuyết mờ, tôi nghe thấy tiếng kêu cứu yếu ớt của Thánh thượng! Bằng mọi sức lực mà tôi có, tôi cố vực dậy và chạy tới chỗ Thánh hoàng bị thương. Lúc đó, tôi thấy Hoàng thượng nửa ngồi, nửa hấp hối, tựa lên cánh tay trái của vua. Nghĩ rằng vua chỉ bị thương nặng, tôi có gắng đỡ vua nhưng hai chân của Hoàng thượng bị gãy, và máu chảy ra. Lúc đó có hai mươi người ở trên vỉa hè và đường phố, ít ra thì họ đều có vết thương. Một số người cố gắng đứng dậy, một số người khác thì cố gắng lê chân, còn một số người khác thì tìm cách thoát khỏi những cái xác ngã vào họ. Tuyết, mảnh vỡ và máu giúp cho người ta có thể nhìn thấy những mảnh quần áo, cầu vai rách, những mảnh đao kiếm bị gãy và những mảnh thịt người vấy máu.	”
— Dvorzhitsky[81]

Thánh đường Chúa Ki-Tô Cứu Thế Trên Vũng Máu được xây tại địa điểm Nga hoàng Aleksandr II bị ám sát.

Sau này người ta còn phát hiện có một người đặt bom thứ ba trong đám đông. Ivan Emelyanov đang đứng ở tư thế sẵn sàng, ôm một chiếc cặp chứa bom. Emelyanov sẽ xông ra đặt bom nếu hai kẻ đặt bom trước Emelyanov không thành công.

Một chiếc xe trượt tuyết đã chở Nga hoàng tới Cung điện Mùa Đông. Trớ trêu thay, người nằm trên chiếc xe chính là ông vua đã thực hiện cải cách nông nô1 vào năm 1861 - gần hai mươi năm trước ngày ông bị ám sát. Aleksandr II chết do mất quá nhiều máu, hai chân ông bị gãy, bụng ông bị xé ra còn khuôn mặt ông thì bị cắt xén.[82] Các thành viên Hoàng gia Romanov đều kéo nhau đến hiện trường. Hay tin, Dolgorukov chạy vào căn phòng của Aleksandr II và tình cờ nhìn thấy thi thể Nga hoàng, bà khóc "Sasha! Sasha!"[83] Trong hồi ký của mình, Đại vương công Aleksandr Mikhailovich cho biết chiếc áo khoác màu hồng và trắng của Dolgorukov đã được nhúng vào máu của Aleksandr II.[84]

Vị Nga hoàng hấp hối được làm lễ ban thánh thể và lễ xức dầu lần cuối cùng. Người ta hỏi quan Thái y Sergey Petrovich Botkin rằng Nga hoàng còn có thể sống được bao nhiêu lâu nữa, Botkin nói "còn 15 phút nữa".[85] Lúc 3 giờ rưỡi ngày hôm đó, Aleksandr II qua đời tại Cung điện Mùa Đông,[8] Thái tử Aleksandr Aleksandrovich lên nối ngôi ở tuổi 36. Theo Olga Liubatovich, gần trưa, người ta loan tin về cái chết của vua Aleksandr II và việc nối ngôi của vua Aleksandr III, người dân Nga bắt đầu tụ họp tại các giáo đường Do Thái và thánh đường Ki-tô giáo để tuyên thệ trung thành với Nga hoàng.[35]

Vụ ám sát đã gây trở ngại lớn đối với phong trào cải cách. Một trong những ý tưởng cuối cùng của Nga hoàng Aleksandr II là thiết lập một nghị viện thông qua việc bầu cử, tức Đuma. Vào ngày áp chót trong cuộc đời Aleksandr II, viện Đuma đã được hình thành nhưng ông chưa tuyên bố với nhân dân Nga. Trong khoảng 48 giờ, ông đã dự định tuyên bố về kế hoạch thành lập Đuma của ông cho nhân dân Nga. Nếu ông không bị ám sát, nước Nga có thể chuyển hóa thành một quốc gia quân chủ lập hiến thay vì xảy ra những vụ trấn áp của Aleksandr III. Việc làm đầu tiên của Nga hoàng Aleksandr III sau lễ đăng quang là xóa bỏ những dự án này. Mãi đến năm 1905, một phong trào cách mạng bùng nổ tại Nga, khiến Nga hoàng Nikolai II - con trai Aleksandr III - phải tuyên bố thành lập viện Đuma Quốc gia Nga (1906). Thế mà Đuma Quốc gia này đã giải tán ít lâu sau đó.[86]

Nga hoàng Aleksandr II được chôn chất tại Đại giáo đường Thánh Phêrô và Phaolô tại kinh đô Sankt-Peterburg. Tại địa điểm xảy ra vụ ám sát ông, Thánh đường Chúa Ki-Tô Cứu Thế Trên Vũng Máu được xây nên.[31]

Hậu quả thứ hai của vụ ám sát này là làn sóng sát hại người Do Thái lan rộng tại đế quốc Nga, trong các năm 1891 - 1892 [87].

Một hậu quả thứ ba vụ ám sát là sự trấn áp dân quyền tại Nga và lực lượng cảnh sát - vốn ít hung bạo hơn dưới thời Aleksandr II - lại trở nên hung bạo như trước. Cái chết của Nga hoàng Aleksandr II được chứng kiến trực tiếp bởi con trai ông là Aleksandr III và cháu nội ông là Nikolai II. Cả hai Nga hoàng này đều nguyện thề rằng họ sẽ không chết giống như Aleksandr II. Trong số những người díu líu tới vụ ám sát Aleksandr II, Nikolai Sablin tự tử trước khi ông ta có thể bị bắt còn Gesia Gelfman thì chết trong ngục tù. Sophia Perovskaya, Andrei Zhelyabov, Nikolai Kibalchich, Nikolai Rysakov và Timofei Mikhailov bị trep cổ vào ngày 3 tháng 4 năm 1881.[35] Aleksandr III và Nikolai II đã dùng lực lượng Okhrana để bắt giam những người phản kháng, diệt trừ những "băng nhóm phản nghịch" bị tình nghi và ngày càng trấn áp quyền tự do cá nhân của người dân Nga.