Но всё же первое время узницы жили в остроге относительно спокойно. Охранявшие их сотники были ещё в Москве задобрены Иоакинфом Даниловым — супругом Марии Даниловой, «чтобы не свирепы были». Узниц посещали племянник Данилова Иродион, их наставница мать Мелания и другие, сочувствовавшие им. Однако как только об этих посещениях стало известно в Москве, был составлен указ о расследовании того, что делается в тюрьме (23–24 марта 1675 года). В Боровск внезапно прибыл подьячий Павел, который «с пристрастием» расспрашивал сотников. В результате у узниц отобрали книги, иконы, одежду и пищу, а охранявших их сотников сослали простыми солдатами в Белгород на «вечное житьё». Положение заточённых резко ухудшилось. Худая одежда их за это время истлела, яма кишела насекомыми и гадами. Пищу им давали самую скудную: «а когда ясти подадут, тогда пить не дают; а когда пить подадут, тогда ясти не подадут». Но и в этих нечеловеческих условиях мученицы продолжали творить непрестанную молитву, навязав из тряпиц пятьдесят узлов вместо отобранных четок и по ним, словно по «небесовосходной лествице», устремляясь в иной мир.
Вскоре началось новое расследование. 29 июля 1675 года был прислан дьяк Феодор Кузмищев, который «мучениц истязал». В конце июня 1675 года на площади в срубе были сожжены 14 боровских узников, в том числе бывший слуга Морозовой Иван и её соузница инокиня Иустина. По распоряжению дьяка Кузмищева боярыню Морозову и княгиню Урусову из опустевшего после казни острога перевели в новоустроенную земляную тюрьму, в «пятисаженные ямы», а Марию Данилову поместили в тюрьму, где «злодеи сидят». Под страхом смерти охранникам запретили давать заключенным пищу и питьё…
Первой не выдержала княгиня Евдокия Прокопьевна Урусова — она скончалась 11 сентября 1675 года. «Феодора тремя нитьма во имя единосущныя Троицы пови тело любезныя сестры своея и соузницы Евдокии, и увязав вервью». Стражи извлекли за веревку её тело из земляной ямы и сначала хотели тайно зарыть в лесу. Но и после смерти она не давала покоя мучителям. Не только живую, но и мёртвую они боялись выпускать её на волю. Тело княгини, по указу царя, закопали внутри острога.
К Морозовой, уже измождённой от «глада и жажди, и от задухи, и вшей», перевели Марию Данилову. Чувствуя приближение смерти, боярыня в последний раз «взалкала», проявив человеческую слабость, призвала стражника и попросила: «Рабе Христов! Есть ли у тебя отец и мати в живых или преставилися? И убо аще живы, помолимся о них и о тебе, аще же умроша — помянем их. Умилосердися, раб Христов! Зело изнемогох от глада и алчу ясти, помилуй мя, даждь ми колачика». Стражник же отвечал: «Ни, госпоже, боюся». Тогда боярыня снова попросила его: «И ты поне (хотя бы) хлебца». — «Не смею», — отвечал стражник. Умоляла боярыня дать ей «мало сухариков», яблочко, огурчик и всякий раз слышала отказ. Тогда она попросила исполнить её последнюю просьбу: похоронить рядом с сестрою. Позвав другого стражника, она отдала ему свою рубашку и попросила постирать её на реке: «Се бо хощет мя Господь пояти от жизни сея, и неподобно ми есть, еже телу сему в нечисте одежди возлещи в недрех матери своея земли». Стражник пошел к реке, «платно (полотно) мыяше водою, лице же свое омываше слезами».
В ночь с 1 на 2 ноября 1675 года старице Мелании, находившейся в отдалённой пустыни, было видение: явилась к ней во сне инокиня Феодора, одетая в схиму и куколь «зело чюден», сама же была «светла лицем и обрадованна». В своём схимническом облачении Феодора была прекрасна. Чудный свет исходил от неё. Она осматривалась по сторонам и руками ощупывала свои новые одежды, удивляясь красоте небесных риз. Также она непрестанно целовала образ Спасителя, который находился рядом с ней, и кресты, вышитые на схиме. И делала она это долго, пока старица Мелания не пробудилась от сна…
В эту ночь в Боровской темнице святая преподобномученица Феодора умерла от голода. Тем самым духовный поединок между царём и боярыней закончился. В глазах народа она навеки осталась победительницей. «Народ воспринимал борьбу царя и Морозовой как духовный поединок (а в битве духа соперники всегда равны), — писал А. М. Панченко, — и, конечно, был всецело на стороне “поединщицы”. Есть все основания полагать, что царь это прекрасно понимал. Его приказание уморить Морозову голодом в боровской яме, в “тме несветимой”, в “задухе земной” поражает не только жестокостью, но и холодным расчётом. Дело даже не в том, что на миру смерть красна. Дело в том, что публичная казнь даёт человеку ореол мученичества (если, разумеется, народ на стороне казнённого). Этого царь боялся больше всего, боялся, что “будет последняя беда горши первыя”. Поэтому он обрёк Морозову и её сестру на “тихую”, долгую смерть. Поэтому их тела — в рогоже, без отпевания — зарыли внутри стен боровского острога: опасались, как бы старообрядцы не выкопали их “с великою честию, яко святых мучениц мощи”. Морозову держали под стражей, пока она была жива. Её оставили под стражей и после смерти, которая положила конец её страданиям».