Тухачевский отправился к новому месту службы и 22 мая 1937 года прибыл в Куйбышев, где располагался штаб Приволжского военного округа. В этот же день его пригласили в обком партии. Там, в кабинете первого секретаря, Тухачевский был арестован. При обыске у него изъяли ордена, маузер, ружье, семь шашек, бинокль и стереотрубу. 24 мая бывший маршал под конвоем был доставлен в Москву. На допросах 25 и 26 мая он заявил: «…признаю наличие антисоветского заговора и то, что я был во главе его. Участие в нем принимали: Фельдман, Алуфузо, Примаков, Путна и др., о чем я подробно покажу дополнительно». В своих дальнейших показаниях
Тухачевский пишет, что он был не доволен своим положением в Наркомате обороны. Тогда и появилась мысль с помощью давнего своего сослуживца Фельдмана, возглавлявшего кадровую работу, отобрать группу лиц высшего комсостава, которая могла бы обеспечить большее его влияние в армии. Цель заговора — захват власти в армии, а вдохновителем его был Енукидзе.
Существовали ли на самом деде такие показания, утверждать трудно, поскольку многие факты и документы в деле маршала Тухачевского отсутствуют. Сейчас утверждают, что к подследственным применялись методы физического воздействия, с помощью которых у них «выбили показания, заставили писать под диктовку». Но нет никаких сведений, что их пытали или били. Да и не стоит забывать, что все арестованные военачальники были людьми отнюдь не робкого десятка, прошли не одну военную кампанию, были награждены боевыми орденами. А вот методы морального воздействия (угроза, шантаж, унижение) использовались. Сохранилось свидетельство очевидца, который утверждал: «Лично я видел Тухачевского в коридоре дома № 2, когда его вели на допрос к Леплевскому. Одет он был в прекрасный серый штатский костюм, а поверх него был надет арестантский армяк из шинельного сукна, а на ногах лапти. Как я понял, такой костюм на Тухачевского был надет, чтобы унизить его».
Арестованные, безусловно, хорошо понимали, с кем имеют дело. 18 февраля 1937 года застрелился Серго Орджоникидзе, а 31 мая того же года — Ян Гамарник. Накануне этому видному государственному и военному деятелю передали слова Сталина: «Пусть выбирает — либо ему самому быть судимому вместе с другими заговорщиками, либо судить их!». Гамарник свой выбор сделал.
Несмотря на признание в организации заговора, Тухачевский всячески отрицал обвинения в шпионаже. Неужели костоломы из НКВД не смогли выбить из него таких показаний? А может быть, таким образом он хотел сохранить себе жизнь? Вряд ли… В то время не только в СССР, но и в других странах за попытку государственного переворота полагалось лишь одно наказание — смертная казнь. Видимо, маршал признал только то, что действительно планировал сделать в Красной армии. Почему же тогда официально было объявлено, что заговорщики работали на иностранные разведки? Ответ лежит на поверхности. Красная армия для советского человека всегда была символом, олицетворением могущества страны. А тут выходило, что армия, призванная защищать свое государство, участвует в заговоре против того же государства. Сталин и его приближенные не могли этого допустить. Куда проще, посчитали они, объявить народу произошедшее банальной изменой и предательством.
Сегодня историки говорят о том, что компромат о сотрудничестве М. Тухачевского с Германией был сфабрикован гитлеровскими спецслужбами, как об установленном факте. В 1956 году об этом поведал и Н. С. Хрущев. А было это организовано следующим образом. В декабре 1936 года шеф германской секретной службы безопасности (СС) Р. Гейдрих был вызван к Гитлеру с очередной разведывательной сводкой по Советскому Союзу. Перед этим он обсуждал очень интересный вопрос с начальником военной разведки (СД) Канарисом. Дело касалось возможности попытаться «обезглавить Красную армию», скомпрометировав группу ее высших офицеров и прежде всего маршала Тухачевского. Сведения о якобы зреющей измене в Красной армии были получены СД от бывшего генерала русской царской армии Н. Скоблина, активного врага советской власти, проживавшего во Франции.