Ngày 21 tháng 6 năm 1791, Louis bí mật đưa gia đình rời Paris đến một pháo đài của hoàng gia thuộc thị trấn Montmédy ở biên giới đông bắc nước Pháp, tại đây ông gia nhập nhóm người lưu vong đang ở dưới sự bảo vệ của nước Áo. Trong khi Quốc hội đang soạn thảo bản hiến chương, Louis và Marie-Antoinette tiến hành kế hoạch riêng của họ. Louis cử Bá tước Breteuil làm đặc sứ toàn quyền để thương thảo với các quốc gia khác nhằm xúc tiến một cuộc đảo chính. Bản thân Louis luôn e dè không muốn phụ thuộc vào sự trợ giúp từ bên ngoài. Giống song thân, Louis nghĩ rằng người Áo dễ phản phúc, còn người Phổ thì quá tham vọng. Khi tình hình ở Paris ngày càng căng thẳng, Louis bị Quốc hội ép phải chấp nhận những biện pháp trái với ý muốn của ông, nhà vua và hoàng hậu bí mật tổ chức một cuộc đào thoát, hi vọng rằng với sự ủng hộ từ nhóm lưu vong cùng sự hỗ trợ từ nước ngoài, họ sẽ chiêu tập quân binh để trở về chiếm lại nước Pháp. Kế hoạch bộc lộ tham vọng chính trị của Louis, nhưng bởi kế hoạch này nhà vua bị kết tội phản quốc. Hoàng gia bị bắt giữ tại Varennes-en-Aragonne sau khi Jean-Baptiste Drouet nhận ra Louis nhờ hình của nhà vua in trên giấy bạc. Louis XVI cùng gia đình bị đem về Paris, và bị quản thúc trước khi về lại điện Tuileries.