Начались интенсивные поиски царевича. Офицеры генерала Вейде никаких его следов не обнаружили. Успешнее действовал Веселовский. Расспрашивая владельцев гостиниц и служителей почтовых станций, он напал на след, который привел его в Вену. Однако попытки обнаружить царевича в столице империи или в ее окрестностях оказались тщетны.
В то время как царские следопыты сбились с ног в поисках царевича, он под чужой фамилией прибыл в Вену глубокой ночью, добился аудиенции у вице-канцлера графа Шенборна и, страшно волнуясь, с ужасом озираясь по сторонам, произнес: «Я пришел сюда просить императора, моего шурина, о покровительстве, о спасении самой жизни моей. Меня хотят погубить; меня и бедных детей моих хотят лишить престола».
В Вене не рискнули публично предоставить царевичу убежище и упрятали его сначала в местечко Вейербург, неподалеку от Вены, а три недели спустя перевезли его в Тироль, где он должен был жить под видом государственного преступника в крепости Эренберг.
Однако надолго сохранить в тайне местопребывание царевича не удалось. Оно стало известно царю благодаря усилиям резидента Авраама Веселовского. В помощь Веселовскому царь направил в Вену гвардии капитана Александра Ивановича Румянцева с тремя офицерами и поручением схватить царевича и доставить в Мекленбург. Однако выполнить подобное поручение было невозможно — крепость Эренберг сильно охранялась, и Румянцеву ничего не оставалось, как организовать со своими людьми внешнее наблюдение за местом пребывания царевича. Им удалось проследить за очередным перемещением царевича Алексея: из замка Эренберг его в закрытой карете перевезли в Неаполь; Румянцев и его люди неотступно следовали за ним.
В это время в Вене появился опытный дипломат Петр Андреевич Толстой с посланием царя к императору Карлу. Прибытие Толстого в Вену было подобно грому среди ясного неба — император и его министры были абсолютно уверены, что им удалось упрятать царевича так основательно, что его никто не сможет обнаружить. В послании царь без обиняков выразил «любезному другу и брату» свое удивление по поводу того, что его сына укрывали в Эренберге, а теперь отправляют в Неаполь.
Руководство операцией по возвращению беглеца в Россию царь поручил Толстому. Сразу можно сказать, что лучшего исполнителя повеления царя трудно было сыскать, ибо Толстой являлся искусным дипломатом и прекрасно владел диаметрально противоположными приемами ведения переговоров: он сочетал ласку и лесть с жесткостью и даже жестокостью, не останавливаясь перед тем, чтобы лишить жизни человека, если в том возникала необходимость. (Будучи послом в Турции, Толстой собственноручно отравил одного подьячего из состава посольства, принявшего ислам, опасаясь, что тот может раскрыть туркам шпионскую сеть, умело организованную им в столице Османской империи.)