Всеми этими обстоятельствами воспользовалась партия Милославских, чтобы направить движение в свою пользу, сообщить ему политический характер, которого оно до сих пор не имело. Через преданных себе стрельцов эта партия постаралась возбудить неудовольствие полков против правительства Петра, перенести их внимание от своих стрелецких дел на политическое положение. Стрельцы усердно рассказывали, что за малолетним Петром стоят бояре "изменники", которые не хотят ему добра и государством управляют в свою пользу, а другим во вред; эти изменники злоумышляют на царскую семью, т. е. на царя Ивана и на Милославских. Стрельцы верили всем этим слухам и главными изменниками считали (конечно, по наущению Милославских) Матвеева, Нарышкиных и Языкова. Они явно грозили "свернуть шею" этим лицам и готовы были стать за царя и за благополучие царской семьи. Милославским, таким образом, удалось настроить стрельцов против своих политических противников. Между стрельцами был распространен список изменников, которых следовало истребить, но Милославские ждали еще приезда в Москву опаснейшего своего противника Матвеева, чтобы истребить и его, и потому удерживали стрельцов от решительных действий. Матвеев приехал 11 мая и хотя был предупрежден о волнениях стрельцов, но не придал им большого значения и не принял предосторожностей.
15 мая произошел так называемый стрелецкий бунт. Милославские дали знать утром этого дня в стрелецкие слободы, что изменники задушили царя Ивана. Стрельцов звал и в Кремль. В боевом порядке выступили стрелецкие полки в Кремль, успели занять кремлевские ворота, прекратили сношения Кремля с остальным городом и подошли ко дворцу. Во дворце собрались, услыша о приближении стрельцов, бояре, бывшие в Кремле, и патриарх. Из криков стрельцов они знали, зачем явилось стрелецкое войско, знали, что они считали царя Ивана убитым. Поэтому на дворцовом совете было решено показать стрельцам и Ивана, и Петра, чтобы сразу убедить их в полном отсутствии всякой измены и смуты во дворце. Царица Наталья вывела обоих братьев на Красное крыльцо, и стрельцы, вступив на разговор с самим Иваном, услышали от него, что "его никто не изводит, и жаловаться ему не на кого". Эти слова показали стрельцам, что они жертва чьего-то обмана, что изменников нет и истреблять некого. Старик Матвеев умелой и сдержанной речью успел успокоить стрельцов настолько, что они хотели разойтись. Но Михаил Юрьевич Долгорукий испортил дело. Будучи, после отца своего Юрия, вторым начальником Стрелецкого приказа и думая, что теперь стрельцы смирились совсем, он отнесся к толпе с бранью и грубо приказывал ей расходиться. Стрельцы, рассердясь и подстрекаемые людьми из партии Милославских, бросились на него, убили его и, опьяненные первым убийством, бросились во дворец искать других "изменников". Матвеева они схватили на глазах царицы Натальи и Петра (некоторые рассказывали, что даже выхватили из их рук) и рассекли на части; за Матвеевым были схвачены и убиты бояре князь Ромодановский, Аф. Кир. Нарышкин и другие лица. Особенно искали стрельцы ненавистного Милославским Ив. Кир. Нарышкина, способнейшего брата царицы, но не нашли, хотя обыскали весь дворец. Убийства совершались и вне дворца. В своем доме был убит князь Юрий Долгорукий. На улице схвачен и потом убит Ив. Макс. Языков, представитель третьей дворцовой партии. Над трупами убитых стрельцы ругались до позднего вечера и, оставив караул в Кремле, разошлись по домам.
16 мая возобновились сцены убийства. Стрельцы истребили всех тех, кого сторона Милославских считала изменниками. Но желаемого Ив. Кир. Нарышкина не нашли и в этот день — он искусно прятался во дворце. 17 мая утром стрельцы настоятельно потребовали его выдачи, как последнего уцелевшего изменника. Чтобы прекратить мятеж, во дворце нашли необходимым выдать Ивана Кирилловича. Он причастился и предался стрельцам, его пытали и убили. Этим окончился мятеж.
Петр и его мать были потрясены смертью родных, ужасами резни, которая совершалась на их глазах, и оскорблениями, которые получали они от грубых стрельцов. Около них не осталось ни одного помощника и советника: все их сторонники были истреблены, а уцелевшие попрятались. У Милославских, таким образом, исчезли их политические противники. Хозяевами дел становились теперь они, Милославские; представительницей власти стала Софья, потому что Наталья Кирилловна удалилась от дел. В те дни ее грозили даже "выгнать из дворца". Вступление во власть со стороны Милославских выразилось тотчас же после бунта тем, что места, занятые прежде в высшей московской администрации людьми, близкими к Нарышкиным, еще до окончания бунта перешли к сторонникам Софьи. Князь В. В. Голицын получил начальство над Посольским приказом; князь Ив. Андр. Хованский с сыном Андреем стали начальниками Стрелецкого приказа (т. е. всех стрелецких войск). Иноземский и Рейтарский приказы подчинены были Ив. Мих. Милославскому.