在长时间辩论中表现勇敢顽强、并以此证明自己势力的罗伯斯庇尔登上讲坛，表示支持圣茹斯特的意见。他对国民公会使革命已经决定了的东西又发生疑义进行谴责，并反对它以怜悯和公开辩护来复活已被打倒的保王党。罗伯斯庇尔说：“国民公会已经偏离了真正的问题，路易十六不是被告，你们也不是审判官，这里根本没有审判问题，你们的身份只是政治家，采取的也只能是拯救国家的措施和保护国民的行动。作为被废黜的国王，用处只有两个，或者扰乱动摇国家的安宁与自由，或者加强国家的安宁与自由。路易十六曾经是国王，而现在共和国已建立，你们争论的问题也就根本不是问题，因为路易已经被审判过了，他被判处死刑，不然的话共和国就是有罪的。”
罗伯斯庇尔要求国民公会宣布路易十六是法国的卖国贼，作为人类的罪人以革命的名义判处死刑。山岳党人希望通过这些极端的建议、群众的愤激和支持使路易十六被判死刑变得不可避免，他们走在其他党派的前面，并胁迫其他党派跟随他们的方向。国民公会中的多数派由吉伦特派和平原派的大部分组成，吉伦特派不支持路易十六的不可侵犯，于是国民公会根据佩蒂翁的建议，以大多数票否决了山岳党的主张，同时也否决了国王不可侵犯的意见，宣布由国民公会审判路易十六。接下来，罗贝尔·兰代表二十一人委员会作了关于路易十六的报告，拟定了控诉路易十六罪恶事实的起诉书，并且将犯人传到议会。
路易十六的死刑
路易十六在四个月前就被拘禁在丹普尔监狱，立法议会最初打算将他关在卢森堡宫，但哪里都没有自由，公社也对他严密监视。路易十六既没有不耐烦，也没有后悔怨恨，准备听天由命。在前几个月，路易十六和家属被拘禁在一起，大家互相安慰支持。他也因此得到些许慰藉，他给年幼的王子讲述历史，自己也看了很多关于被废黜国王的书。
但在他将要被审判时，就和家人分开了，公社不允许罪犯们在一起串通寻找辩护的理由。桑泰尔在市长的陪伴下来到丹普尔监狱，由市长向路易十六说明来意，将他解送到国民公会。路易十六略作犹豫后决定前往国民公会，就像当年英国的查理一世到审判官面前去一样。
路易十六走进会议厅时态度沉着，他站在会议厅的栏杆前，用自信的目光扫视会议。议长激动地对他说：“路易十六，法国国民控诉你，下面是关于你罪状的起诉书。你坐下认真听。”他坐在了会场给他准备的座位上。审讯中路易十六表现非常镇定，神志清醒、措辞谨慎，并且以很有把握的态度回答每一个问题。对人们提出的关于他在7月14日以前的行动的控诉，他辩护说当时自己权力还没有受到限制；去瓦雷内行动是按制宪议会的决议行事，那时制宪议会对他的回答是满意的；在谈到8月10日以前的行动时，他则把一切公开行动的责任都推给了内阁，坚决不承认他自己有秘密活动。国民公会的议员们认为，即使路易十六否认，也不能推翻那些有他亲笔书写或签署的信件等证据。他否认铁柜的存在，也不承认摆放的那些物证，并且援引了一条保护人身安全的法律，但国民公会的目的是证明路易十六所否认的反革命阴谋活动。
路易十六被重新监禁在丹普尔监狱，国民公会讨论了路易十六的辩护人问题，尽管遭到山岳党人的极力反对，国民公会仍然宣布路易十六有寻找辩护人的权力。路易十六指定了塔尔热和特隆歇，但塔尔热拒绝了，这时马尔泽布主动提出要为路易十六辩护，国民公会批准了他的要求。处于被唾弃地位的路易十六，对这种忠诚行为十分感动。当马尔泽布进入审判庭的时候，路易十六紧紧拥抱了他，含泪说：“你的牺牲精神难能可贵，即使你冒着生命危险来，却未必能救我的性命。”
马尔泽布、特隆歇和德塞兹不间断地为路易十六辩护，希望能使国王恢复信心，但很难奏效，路易十六自己也明白，他说：“我知道他们是要让我死，但这又何妨，我们应当像胜诉那样来进行这场诉讼，我要留下一个没有污点的名声。”在辩护那天，德塞兹首先发言，他利用一切理由来说明作为被告的国王，是正当和无辜的，他指出，作为国王他不能受审，而人民的代表们既然是原告则不能同时担任审判官。但他并没有提出一些新的理由，只是特别强调，路易十六的行动和意图是正当和纯洁的。德塞兹的结束语十分庄严：“请大家看看历史：路易十六在二十岁时即王位，在位期间品行皆优，公正廉洁，并且一贯爱护百姓。百姓希望取消一项重税，他便把它免除；百姓要求废除苦役，他立即将其停止；百姓渴望改革，他便顺应民心实行改革；百姓提出修改法律，他毫不犹豫；百姓要恢复法国人的权力，他给他们权力；百姓追求自由，他给他们自由。在这些事实面前，他舍己为民的美名不容争辩。但现在，却有人向大家提议审判他，对此我无话可说，在历史面前我保持沉默，公民们，我请你们记住，历史将会对你们的判决作出公正的判断。”
吉伦特派想要拯救路易十六，却担心被别人说成是保王派，事实上山岳党早已这样称呼他们。在整个审讯过程中，吉伦特派态度暧昧：既不敢袒护路易十六也不敢反对控告国王，这种模棱的态度并没有给路易十六带来好处，却使他们自己更加失败。此时，路易十六面临的不再是王位问题，而是生命问题，这同时也是吉伦特派自己的问题。这个问题可以通过严格的司法行为解决，但需要恢复合法制度；也可以通过流血的政变来解决，但那样会延长革命政权。胜利属于吉伦特派还是山岳党，取决于采取何种解决方式。山岳党反应激烈，他们认为人们目前采用的方式已忽视了共和政府的力量，允许为路易十六辩护本身就是君主政体的逆流。雅各宾派表示支持他们，并先后派遣了代表团到大会要求处死国王。
此时，一直不敢表示支持国王的吉伦特派提出了办法，希望能使路易十六免于一死，他们建议将判决权交给人民群众。国民公会中的极右派反对将国民公会变成法庭，萨尔则主张由国民公会宣布路易十六有罪，然后交由初级议会量刑。但是比佐担心这样做会误导人们认为国民公会软弱，建议国民公会宣判后再让人民来评断对国王的宣判。比佐的意见遭到山岳党的猛烈攻击，连国民公会中的温和派代表也不支持，他们认为召开初级议会的话可能会引发内战。在表决是否由人民作最后决定时，有二百八十四人赞成，四百二十四人反对，十人规避投票，但国民公会已经一致决定路易十六是有罪的。
现在的问题是决定如何判刑，巴黎的骚动到了无以复加的程度，代表们遭到了威胁，更担心群众会有新的越轨行动，而雅各宾俱乐部则对路易十六和右派代表加以责骂。经过四小时的点名表决后，议长韦尼奥宣布了投票结果：七百二十一个投票人数，绝对多数是三百六十一，结果是三百八十七票赞成判处死刑。投票的各方面意见也不一致：吉伦特派投了赞成票，但附加了缓期执行的条件，右派代表大多数赞成监禁或驱逐。结果公布后，议长用沉痛的口气宣布：“现在，我以国民公会的名义宣布：判处路易·卡佩死刑。”马尔泽布泣不成声，只是断续地说出了几个恳求的字眼，他的哀痛令人感动。
当马尔泽布前来通知路易十六时，他正躲在阴暗的角落里，遮面沉思，他诚恳地对马尔泽布说：“本着良心，作为一个将要见上帝的人，我向你发誓，我所作的都是为了人民的幸福，我从未有过与人民为敌的念头。”并请求马尔泽布在最后时刻不要抛弃他。马尔泽布之后来过几次，却没有见到路易十六。之后，路易十六神色自若地听取了司法部长宣布的判决。他要求三天之后去见上帝，由他指定的神父为他祈祷，并且能和妻子儿女自由接触，议会准许了后两项要求。在离开家人时，路易答应第二天再去，可当他回来后又觉得这种见面太痛苦了，于是又不想去了，这是他内心的最后一次斗争。
受刑前一晚，路易十六安然睡了一觉，早晨五点，克莱里唤醒了他。他吃过了临终圣餐，将准许留下的一切和自己的最后几句话委托给克莱里：一枚指环、一块图章、几根头发。鼓声已经响起，远处传来了连续的炮声和人群的嘈杂声。路易十六将遗嘱交给一个市政官吏，戴上帽子，以镇定的口气对等待他的桑泰尔说：“我们走吧！”从丹普尔监狱到革命广场，马车用了一个小时，四千多名士兵武装警戒站立在道路两旁，整个巴黎都显得暗淡阴郁。
观看这次行刑的公民都默默无语，没人赞同也没人表示遗憾。到达刑场后，路易十六以坚定的步伐迈上了断头台，他跪着接受了神父的最后祝福，人们清楚地听到了神父向他说话：“圣徒路易的儿子，升天吧！”虽然不情愿，路易十六还是允许被绑起双手，他转向断头台的左边，向群众说：“我是无罪而死的，我宽恕我的仇人们；而你们，我不幸的百姓们……”此时，击鼓的号令响了起来，鼓声淹没了他的话声。十点十分，路易十六的生命结束。
这个最善良而又最软弱的国王，在进行了十六年半一心谋求幸福的统治之后，在三十九岁时去世。他的祖先留给他一场革命，他本是最适合防止或结束这场革命的，在革命爆发前，他可以成为一个实行改革的国王，在革命爆发后，他仍可以成为一个立宪君主。他可能是法国唯一没有权力野心的国君，唯一具有敬畏上帝和爱护百姓这两个优点的国君。他自己没有野心，是死于左右的人的野心，而这与他不相干；他是死于群众有野心，而这不是由他引起。像他这样值得推崇的殁后名声，在国王中并不多见，假如他有更坚强的性格，必将成为独一无二的国王。
