Позже, 3 ноября, министр обороны в правительстве Надя Пал Малетер был приглашен в штаб советских войск, чтобы обсудить окончательные детали вывода Красной Армии. В полночь, когда произносились тосты и поднимались бокалы, в кабинет, размахивая «маузером», ворвался Серов во главе группы офицеров КГБ. Он арестовал всю венгерскую делегацию и приказал, чтобы каждого из них заперли в отдельной камере. После нескольких инсценированных казней на рассвете следующего дня Малетер и каждый из его коллег были убеждены, что все остальные расстреляны. Незадолго до рассвета 4 ноября Красная Армия начала штурм. Чтобы максимально отсрочить ответную реакцию венгров, Андропов до последней минуты продолжал свой обманный маневр. Когда главнокомандующий венгерскими войсками позвонил премьер-министру и доложил о наступлении советских войск, Надь ответил ему: «У меня сейчас посол Андропов, он уверяет меня, что произошло какое-то недоразумение, Советское правительство не отдавало приказа о вторжении в Венгрию. Мы с послом пытаемся связаться с Москвой». Тем же утром Надь в последний раз обратился по радио к стране: «Сегодня на рассвете советские войска начали наступление на столицу, явно намереваясь свергнуть законное демократическое правительство Венгрии. Наши войска ведут бои. Правительство остается на своем посту. Я хочу, чтобы это знал венгерский народ и весь мир.»
В тот же день Надь и несколько его министров укрылись в югославском посольстве. Серов руководил арестом самых важных «контрреволюционеров», которым не удалось найти политического убежища или бежать за границу. Среди тех, кого он арестовывал лично, был и Шандор Копачи. Тогда Серов впервые представился Копачи как председатель КГБ. Он напомнил ему об их встрече 23 октября, а потом пообещал: «Я тебя повешу на самом высоком дереве в Будапеште.» (Правда, обещание ему выполнить не пришлось.) 21 ноября новое просоветское правительство во главе с Яношем Кадаром пообещало Надю и его министрам гарантировать их безопасность, если они покинут югославское посольство. 22 ноября, когда они вышли, их силой вытащили из пришедшего за ними автобуса, после чего они были арестованы КГБ и вывезены через границу в Румынию.
Допросами Надя и его соратников руководил Борис Шумилин, главный советник КГБ «по вопросам контрреволюции». Выступая по будапештскому радио 26 ноября, Кадар заявил: «Мы обещали, что не будем привлекать Имре Надя и его друзей к суду за их прошлые преступления, даже если они потом признают себя виновными в них.» В феврале 1957 года венгерское Министерство иностранных дел подтвердило, что «не было намерений привлекать Имре Надя к суду». Но Москва решила по-другому, после того как Надь продолжал отказываться, несмотря на старания КГБ и АВХ, признать себя виновным в приписываемых ему преступлениях. Из шести человек, которые были арестованы при выходе из посольства Югославии, один погиб от рук своих мучителей, второй был задушен после того, как объявил голодовку. Надь и трое оставшихся в живых из его правительства предстали перед тайным судом в феврале 1958 года. Судебное разбирательство, явно разочаровавшее советников КГБ, которые не привыкли к тому, чтобы на политических процессах подсудимые отказывались признать себя виновными, вскоре было приостановлено. Когда же в июне 1958 года слушание дела возобновилось, трое из четырех главных обвиняемых продолжали настаивать на своей невиновности. Все они были признаны виновными, казнены и захоронены в безымянных могилах. Еще пятерых подсудимых приговорили к различным срокам тюремного заключения.