Между тем мятежное стрелецкое войско продолжало диктовать правительству свои требования, причем часто оказывалось, что они соответствуют интересам «партии» Милославских. 20 мая стрельцы подали челобитную, «чтоб великий государь указал сослать в ссылку» постельничего Алексея Лихачева, окольничего Павла Языкова, чашника Семена Языкова, всех Нарышкиных, Андрея Матвеева и других лиц, неугодных Милославским.
В то же время торжествующие мятежники не забывали и о собственных интересах. Днем раньше стрельцы, солдаты и пушкари били царю челом о выплате «заслуженных денег» с 1646 года. По подсчетам просителей, не стеснявшихся выдвигать непомерные требования, задолженность государства составила 240 тысяч рублей. Кроме того, Софья Алексеевна еще раньше распорядилась о пожаловании стрельцам по десять рублей на человека, что в целом составляло около 20 тысяч. Таких средств в казне не оказалось, поэтому было «велено сбирать со всего государства, брать и посуду серебряную и из нее делать деньги».
Подробное описание последующих майских событий, имевших исключительно важное значение для формирования новой высшей власти, привел в «Созерцании кратком» Сильвестр Медведев. По его словам, 23 мая выборные от стрелецких полков явились в Кремль и, «пришедше на Красное крыльцо, велели боярину князю Ивану Хованскому доложить государыням царевнам, что во всех их стрелецких полкех хотят, и иных чинов многия люди, чтобы на Московском царстве были два царя, яко братия единокровнии: царевич Иоанн Алексеевич, яко брат больший, и царь да будет первый; царь же Петр Алексеевич, брат меньший — и царь вторый». В случае отказа выполнить это требование стрельцы угрожали, что снова явятся «вооружася» в Кремль «и от того будет мятеж немалый».
Хованский поспешил довести стрелецкий ультиматум до сведения «государынь царевен», а те распорядились немедленно собрать «всех бояр, окольничих, думных и ближних людей», то есть Боярскую думу в полном составе. Обращает на себя внимание свидетельство Медведева, что в течение первой недели после прекращения вооруженного стрелецкого бунта Софья еще не выделилась в полной мере — все царевны вместе олицетворяли собой верховную власть. Примечательно, что обе вдовствующие царицы с этой властью уже не отождествлялись. Недолгое регентство Натальи Кирилловны закончилось с разгромом «партии» Нарышкиных в дни мятежа.
По зову царевен Боярская дума собралась в Грановитой палате. Туда же были приглашены «всяких чинов люди» — стольники, стряпчие, жильцы, московские и городовые дворяне, дети боярские, гости, выборные от посадов и от полков. Разумеется, призвали и патриарха Иоакима со всем Освященным собором.
Собравшиеся начали обсуждать вопрос о возможности установления власти двух монархов. Одни говорили, что двум царям «в едином государстве быти трудно». Другие возражали:
— Дело будет полезно государству, если два царя яко единокровные братья восцарствуют и отеческий свой и прародительный престол Московского государства удобно управят. При наступлении на Российское благочестивое государство всегда готовая будет оборона и правление чинное: если один царь противу неприятеля пойдет, другой останется в царстве своем на престоле царском и будет править государством.
Сторонники второй точки зрения подкрепляли ее примерами из всемирной истории, в которой случаи дуумвирата не были редкостью. После подробного обсуждения собравшиеся постановили провозгласить совместное царствование Ивана и Петра. Отроки были поставлены «в соборной церкви на царском месте равно», но прославляли сначала старшего, хотя младший был утвержден в качестве царя раньше. Освященный собор пропел «благодарственное Господу Богу молебное пение» и возгласил «многая лета благочестивым царям». После этого архиереи, царский «синклит» и «вси людие чинами своими особь» (то есть все чины по отдельности) поздравляли государей с восшествием на престол и объявляли свое усердное желание служить им обоим («купно»).
Всё это время стрелецкие выборные оставались на площади перед царским дворцом, ожидая решения собора. Вышедший к ним князь Иван Хованский оповестил о благополучном исходе дела и поинтересовался, «всё ли у них смирно». Выборные уверили начальника Стрелецкого приказа в своей лояльности и спросили его о самочувствии государей, на что получили ответ, что вся царская семья «милостию Божиею в добром здоровье».