В его следственном деле имеется несколько протоколов допросов. От 10 апреля 1937 г., в котором ему задают вопросы о том, откуда у него в доме появилась коллекция оружия; второй допрос от 10 апреля 1937 г., с вопросами о круге его близких и знакомых; протокол допроса от 13 апреля 1937 г., в котором он рассказывает о работах в КБ-2, со дня его основания до момента своего ареста; протокол допроса от 8 мая 1937 г., в котором Н.Я. Ильин отчитывается за подотчетные суммы, полученные им в 1936 г. на покупки антиквариата по просьбе М.Н. Тухачевского; а также протокол от 9 июня 1937 г. (и его машинописная копия), в котором Н.Я. Ильин признает себя участником военно-троцкистского заговора, говорит о вредительской деятельности и называет участников этого заговора. Интересно, что в этой напечатанной копии цифра «9» была вписана от руки позже, что говорит о такой же заготовке протокола, как и в более позднем случае с Г.Э. Лангемаком. По содержанию этого протокола можно сделать однозначный вывод, что Н.Я. Ильин был арестован как помощник М.Н. Тухачевского, против которого из Н.Я. Ильина выбивали показания. Ни один из последующих протоколов ничем не связан с предыдущим. Все они, кроме последнего (с «признанием» Н.Я. Ильина), писались следователем следом за допрашиваемым. Что касается последнего протокола с признаниями подследственного, то его следователи сочиняли в течение целого месяца. Сейчас мы уже не узнаем, через что пришлось пройти Николаю Яковлевичу, чтобы подписать эту ерунду. Можно сказать одно: месяц он отказывался, но в конце концов сломленный, подписал.
Помимо указанных протоколов в деле есть еще показания Я.Д. Узара, бывшего начальника Института инженеров гражданского флота, которые, по мнению следователей, подтверждают виновность Н.Я. Ильина.
Далее идет интересный документ – обвинительное заключение, датированное… У него сразу три даты. Составлено и подписано следователями оно было 28 июня 1937 г. 29 июня было утверждено начальником управления НКВД по Ленинградской области комиссаром государственной безопасности 1 ранга Л.М. Заковским, и только 25 августа оно было утверждено помощником прокурора А.С. Тродко. Хотя первоначальная дата утверждения – 25 июня 1937 г., т. е. на три дня раньше, чем оно было написано, кроме того, изначально там должна была стоять подпись А.Я. Вышинского. Данное исправление говорит о том, что уже 25 июня его хотели расстрелять. Однако что помешало этому – непонятно, т. к. никаких протоколов допросов за период между 25 июня и 25 августа в деле не сохранилось. Остается гадать, почему суд и расстрел были отложены на два месяца.
26 августа состоялось подготовительное заседание Выездной сессии Военной Коллегии Верховного Суда Союза ССР, на котором было принято решение о предании Н.Я. Ильина суду.
29 августа состоялся суд. Председательствующий корвоенюрист И.О. Матулевич, члены диввоенюрист А.И. Мазюк и бригвоенюрист И.М. Зарянов, при секретаре военюристе 1 ранга А.Ф. Костюшко за 20 минут (с 18 часов
20 минут до 18 часов 40 минут) рассмотрели дело по обвинению Н.Я. Ильина в преступлениях, предусмотренных ст. ст. 58-7, 58-8 и 58–11 УК РСФСР. Результатом суда стал: