Однако Тухачевскому казалось, что он достоин большего, и он вошел в команду своего бывшего патрона, который, опираясь на собственный опыт октября 1917 года, не без основания считал, что военное поражение Сталина в будущей войне будет самой подходящей ситуацией для организации очередного государственного переворота и захвата власти в России.
В ситуации, когда наша страна, напрягая последние силы, готовилась к смертельной схватке с сильнейшем врагом – гитлеровской Германией, новые «пораженцы», особенно среди военных, представляли особую опасность для государства.
Сигналы о готовящемся заговоре военных И. В. Сталин получал из различных источников давно и неоднократно. Последней каплей, переполнившей чашу терпения, стало досье на Тухачевского, которое сотрудники НКВД получили 8 мая 1937 года от президента Чехословакии Эдуарда Бенеша. Эти документы были выкрадены во время пожара в здании Абвера, их фотокопия оказалась в Чехословакии. Данное досье, наряду с другими документами, содержало лично Тухачевским написанное и подписанное письмо к немецким единомышленникам-военачальникам о необходимости избавить страну от гражданских руководителей и захватить власть в свои руки. За эти бумаги НКВД заплатил чехам три миллиона рублей.
10 мая 1937 года арестованный бывший начальник управления штаба РККА комбриг Медведев М. Е. сообщил на допросе о существовании «военной контрреволюционной организации». По его словам, руководителями заговора являются М. Н. Тухачевский (возможный кандидат в диктаторы), И. Э. Якир, В. К. Путна, В. М. Примаков, А. И. Корк. Несколько ранее на Тухачевского дали показания арестованные бывший заместитель начальника Особого отдела НКВД СССР Гай, бывший заместитель наркома внутренних дел СССР Прокофьев и арестованный заместитель начальника отдела НКВД Волович.
11 мая Тухачевский был снят с поста заместителя наркома обороны и назначен командующим Приволжским военным округом, с приказом немедленно прибыть к новому месту службы. Конечно, это могла быть колоссальная фальсификация, чтобы подвести под удар крупнейших военачальников Красной Армии, поэтому Сталин тянул с их арестом.
Зная цену показаний, полученных Ежовым, И. В. Сталин тщательно проверял достоверность полученной информации. 13 мая И. В. Сталин лично принял маршала Тухачевского в Кремле. О содержании их разговора материалы в архивах не сохранились.
До 22 мая 1937 года шла еще она проверка материалов досье, полученного от Бенеша, и только после этого из Кремля последовало указание об аресте Тухачевского. В этот же день Тухачевского арестовали.
Впервые он был допрошен 25 мая. Тухачевского допрашивали начальник 5-го отдела Главного управления государственной безопасности НКВД СССР комиссар госбезопасности 2-го ранга Израиль Моисеевич Леплевский и его помощник Зиновий Маркович Ушаков (Ушимирский). Именно их подписи стоят под протоколами допросов Тухачевского.
Информация о заговоре военных была заслушана на заседании Политбюро 24 мая 1937 года.
После очных ставок с Примаковым, Путной и Фельдманом, которые обвинили его как руководителя заговора, Тухачевскому стало ясно, что он по своей собственной глупости залетел с Троцким, как кур в ощип. Тухачевский 26 мая заявил о признании наличия антисоветского заговора и о том, что он был во главе его, обязуясь при этом самостоятельно изложить следствию все касающееся заговора, не утаивая никого из его участников, ни одного факта и документа.
В этот же день, 26 мая, без физического принуждения, ровным, спокойным почерком, с соблюдением всех правил орфографии и синтаксиса, Тухачевский начал давать самые подробные письменные показания, собственноручно изложив сведения о заговоре троцкистов на 143 страницах.
29 мая Тухачевского допрашивал лично нарком Николай Иванович Ежов. Маршал Советского Союза признавался, что он еще в 1928 году был втянут Енукидзе в правую организацию; что с немцами была установлена шпионская связь с 1925 года, когда он ездил в Германию на ученья и маневры. Тухачевский подтвердил свои связи по заговору с Фельдманом, Каменевым, Якиром, Эйдеманом, Енукидзе, Бухариным, Караханом, Пятаковым, Смирновым, Ягодой, Осепяном…
Дело о «антисоветской троцкистской военной организации» рассматривалось на закрытом судебном заседании Специального судебного присутствия Верховного Суда СССР, которое возглавлял Председатель Военной коллегии Верховного Суда СССР армвоенюрист В. В. Ульрих. В составе членов присутствия были: начальник Воздушных сил РККА командарм 2-го ранга Я. И. Алкснис, маршалы Советского Союза С. М. Буденный и В. К. Блюхер, начальник Генерального штаба РККА командарм 1-го ранга Б. М. Шапошников, трое командующих войсками округов – командарм 1-го ранга И. П. Белов (Белорусский ВО), командармы 2-го ранга П. Е. Дыбенко (Ленинградский ВО) и Н. Д. Каширин (Северо-Кавказский ВО), командир 6-го кавалерийского казачьего корпуса комдив Е. И. Горячев.
Весь процесс по делу стенографировался.