布哈林知道自己與妻子訣別的時候到了，他讓拉林娜逐字逐句地背下《致年輕一代黨的領導人信》。分別時，布哈林吻了吻妻子，用顫抖的聲音說道：“看看，安姆特卡，不要生氣，曆史經常有令人懊喪的錯誤，但真理一定勝利。”
布哈林和李可夫出席全會。在這次會議上，他們被開除出中央委員會和黨籍，並於當天被捕，並直接送到監獄。
布哈林和李可夫被關進監獄後，內務部對他們的偵查進行了１年多。在不斷的折磨和逼供麵前，為了表示自己忠於社會主義和蘇維埃政權，他們最終接受了強加在他們身上的種種指控。
布哈林在獄中給斯大林寫了封“絕密，親收”的信。布哈林在信中並沒有打算請求斯大林寬恕，此時他已準備去死，他隻是向斯大林表白，“絕對沒有犯在偵查時曾承認犯的罪行”。
布哈林認真思索自己的遭遇時，似乎找到了它產生的原因。他在信中對斯大林說：“第一，由於戰爭即將來臨；第二，需要向民主過渡，因此有了大清洗這樣一種宏大的，大膽的政治構想。”布哈林不愧為一位偉大的政治家，他猜到了斯大林“大清洗”的真正目的。
在開庭前夕，布哈林給妻子寫了一封絕筆信，囑咐“不管你讀到，聽到多麼可怕的東西，不管對我說了些什麼，也不管我說了些什麼，你都要勇敢地、平靜地對待這一切，讓全家做好準備……決不要生氣，要記住，蘇聯的偉大事業仍然存在，而這是主要的，同它相比，個人的命運則是過眼煙雲，微不足道的。”
１９３８年３月２日～１３日，蘇聯最高法院軍事法庭對“右派和托派反蘇聯盟”案進行公開審理，被告共２１人，除布哈林和李可夫，前內務部長亞戈達也一同受審。
經１１天審訊，法庭宣布判處布哈林、李可夫、亞戈達等１８人死刑，其餘３人被判處１５～２５年長期監禁。
１９３６年底，紅軍情報總局局長烏裏茨基向斯大林報告說，柏林盛傳著一種謠言，說是在將軍們中間存在著反對蘇聯領導的派別。
葉若夫送來一份羅沃斯材料的報告，那些材料是從巴黎弄到的，講到“蘇聯有一批高級指揮員正準備發動政變”，為首的是副國防人民委員，紅軍參謀長，圖哈切夫斯基元帥。
捷克斯洛伐克的貝奈斯傳來的消息加重了斯大林對圖哈切夫斯基的懷疑，貝奈斯提供的文件表明，圖哈切夫斯基跟德國軍界建立了秘密聯係，以求通過暴力推翻斯大林。據認為，參加這一密謀的還有列寧格勒軍區司令員亞基爾，西部軍區司令員烏博列維奇、伏龍芝軍事學院院長科爾克、布瓊尼騎兵部隊的副手普裏馬科夫、軍隊總政治委員加馬爾尼克等。
１９３７年５月２４日，斯大林中央委員和中央候補委員發了一份供表決的文件，文件寫道：
根據聯共（布）中央委員魯祖塔克和聯共中央候補委員圖哈切夫斯基參與托洛茨基——右傾分子反蘇陰謀集團和參與替法西斯德國效勞的反蘇間諜活動的揭發材料，聯共中央政治局提請就開除魯祖塔克和圖哈切夫斯基黨籍並將他們的案件移交內務人民委員部審理的建議進行表決。
５月２０日，圖哈切夫斯基被解除副軍事人民委員的職務，被派往伏爾加軍區，他於２５日到任，第二天被捕。
６月１１日，舉行了秘密審判，圖哈切夫斯基和其他７名高級將領被控犯了“間諜和叛國”罪，被執行槍決。
圖哈切夫斯基被處決是軍隊大清洗的開始。在１９３７～１９３８年的大清洗中，共有３．５萬人成了犧牲品，其中高級指揮員受害最深。他們包括：５名元帥中的３名，１５名集團軍司令中的１３名，８３名軍長級幹部中的５７名，１９６名師長級中的１１０名，４０６名旅長中的２２０名，所有１１名副軍事人民委員，以及最高軍事委員會８５名中的７５名，上校級以下的軍官３萬名被清洗。
大清洗使軍隊遭受了重大損失，同時也完成了斯大林在戰爭來臨前所要做的政治準備。