Le principe de l'évasion consistait à se faire passer pour l'équipage de la baronne de Korff, veuve d'un colonel russe qui se rend à Francfort avec deux enfants, une femme, un valet de chambre et trois domestiques. Une berline fut spécifiquement commandée (infra).

Le trajet, choisi par Louis XVI pour se rendre à Montmédy, empruntait la route de Châlons-sur-Marne. À Pont-de-Somme-Vesle un premier détachement de 40 hussards de Lauzun, aux ordres du duc de Choiseul suivrait l'équipée jusqu'à Sainte-Menehould où un détachement du régiment Royal Dragons escorterait directement la berline : à Clermont-en-Argonne, un escadron du régiment des Dragons de Monsieur aux ordres du comte Damas rejoindrait la berline. À la sortie de Varennes, un escadron de hussards de Lauzun bloquerait durant vingt-heures les éventuels poursuivants : le poste de Dun-sur-Meuse serait gardé par un escadron des hussards de Lauzun et le régiment de Royal Allemand cantonnerait à Stenay. Le roi pourrait gagner ainsi la place forte de Montmédy où l'attendrait le marquis de Bouillé.

En réalité, rien ne va se passer ainsi. Selon de nombreux passionnés de cet événement, comme Napoléon Bonaparte (dont un courrier sur le sujet a été exhumé des archives par l'historien André Castelot), le grand responsable de cet échec est le duc de Choiseul. Ce dernier n'a pas, d'une part, respecté les directives de Bouillé, mais il s'est même permis de désorganiser le plan initial. Ainsi, il a autorisé des officiers (qui attendaient un « trésor » à escorter) à quitter leur poste, en raison du retard du cortège royal. Pour ce faire, il a confié ces instructions au coiffeur de la reine, Léonard, qui les appliqua avec trop de zèle. Sans cela, toujours selon le mot de Napoléon, la face du monde aurait été changée.

À la suite de cette désorganisation et des nombreux retards, les hommes de La Fayette, à la poursuite du convoi, n'auraient pas rencontré Jean-Baptiste Drouet, maître de poste de Sainte-Menehould. Ce dernier s'est souvenu avoir vu, une heure avant, une berline correspondant à la description. Il s'est souvenu qu'elle se dirigeait vers Varennes. Aussitôt, il prit l'initiative de s'y rendre afin d'arrêter le convoi, avec l'aide des autorités locales qu'il avait convaincues de faire contrôler scrupuleusement les passeports. Bloqué une partie de la nuit, le roi refusa que la force fût employée (des hussards et une partie de la population étaient prêts à couvrir son départ). Louis XVI attendait, en vain, le renfort de Bouillé, qui aurait dû arriver. Pendant ce temps, les habitants de Varennes et de nombreuses personnes, venues des environs, alertés par le tocsin, se sont massés à Varennes pour voir le roi.

Grâce à cette situation tendue, l'aide de camp de La Fayette, Romeuf (autre homme clef de cette arrestation) eut le temps d'arriver, muni d'un décret de l'Assemblée ordonnant l'arrestation de la famille royale. Possédant la légitimité de la garde nationale et de l'Assemblée, il prit l'ascendant. Seulement, voyant qu'il jouait la montre avec Louis XVI, au lieu d'organiser sans tarder le retour du roi à Paris, son adjoint « patriote », quelques autorités locales ont alors forcé la volonté de Louis XVI. À ce moment, environ 10 000 personnes s'étaient agglutinées à Varennes. Certains scandèrent « À Paris ! À Paris ! » « Vive la nation ! », ce qui exacerba les tensions. Romeuf sera arrêté le 23 juin suivant pour qu'il s'explique sur son rôle. Il sera relâché et deviendra général et baron d'Empire. Son nom est gravé sur l'Arc de triomphe de l'Étoile.