Struensees magtbegærlighed førte til et kup mod ham tilrettelagt af bl.a. Ove Høegh-Guldberg (begravet Finderup kirkegård), Enkedronning Juliane Marie (Frederik 5.'s 2. hustru) og hendes søn Arveprins Frederik, der var Kongens halvbror.

Efter et maskebal den 16. januar 1772 på Hofteatret på Christiansborg Slot blev Struensee og hans ven og allierede greven og hofmanden Enevold Brandt arresteret og sat i fængsel i Kastellet. Anklagen mod Brandt lød på at have pryglet Kongen. Både Struensee og Brandt blev kendt skyldige i majestætsfornærmelse. Hovedanklagen mod Struensee var magtmisbrug og forholdet til Dronningen.
 

Kongen underskrev deres dødsdom, som blev eksekveret ved halshugning den 28. april 1772 på Østre Fælled i overværelse af en stor folkemængde.
Struensee og Brandt fik først højre hånd hugget af og blev derefter halshugget, Struensees hoved blev hugget af i 3. forsøg, og slutteligt blev deres kroppe parteret og sat på hjul og stejle. Hoveder og hænder på stejle (opretstående stang) og resten flettet ind i egerne på et hjul.
Dronning Caroline Mathilde blev fængslet på Kronborg og senere landsforvist til Celle i Tyskland. Hendes to børn så hun aldrig mere. Hun døde 23 år gammel af en febersygdom.

Filmen "En Kongelig Affære", 2012, handler om affæren mellem Dronning Caroline Mathilde og Struensee.