К сожалению, во время этой поездки, в начале июня 1553 года, погиб третий ребёнок (первый сын) Ивана Грозного младенец Дмитрий. Эту трагедию предсказывал старец Максим Грек: «... знай: сын твой умрет и не возвратится оттуда живым».

До сих пор не существует однозначного ответа на вопрос, где это произошло и при каких обстоятельствах? По краткому летописному известию (Никоновская летопись) царевич Дмитрий умер на обратном пути из монастыря. Однако князь Курбский рассказывает иначе: «И не доезжая монастыря Кириллова, еще Шексной рекой плывут, сын его, по пророчеству святого умер».

По словам голландского ученого Исаака Масса царевич утонул в озере (возможно, Сиверском, на берегу которого расположен Кирилло-Белозерский монастырь) во время катания на лодке, при передаче его из одной лодки в другую от отца к матери. По одной из версий, которую также называют легендарной, в реке Шексне при сходе (или посадке) с корабля (струга), царевича несла нянька (или кормилица) и двое бояр, родня царицы — Данила Романович и Василий Михайлович Захарьины-Юрьевы. Когда они зашли на шаткие сходни, они тотчас рухнули в воду. Взрослые вымокли, а ребёнок захлебнулся. В другой версии говорится, что Дмитрий заболел и умер в дороге.

Первый русский царевич был похоронен в московском Архангельском соборе, в одной могиле со своим дедом Василием III — «и положили его в Архангеле, в ногах у великого князя Василья Ивановича», погребенного на солее храма близ диаконника. На его надгробной плите, в отличие от летописи (4 июня), указана иная дата смерти — 6 июня 1553 года.

Так трагически завершился второй приезд Ивана IV в Кирилло-Белозерский монастырь, а «Кирилловский езд» 1553 года стал, чаще всего, ассоциироваться с гибелью первого, и, вероятно, самого любимого сына Ивана Грозного.