Вторично отозванный в СССР в 1935 году, Ольберг вскоре переводится в Секретное политическое управление НКВД, возглавляемое Молчановым. В этот период ЦК партии и «органы» усиленно занимаются проблемой роста троцкистских настроений в Высшей партийной школе. Студентам ВПШ, изучавшим Маркса и Ленина «по первоисточникам», понемногу становилось ясно, что «троцкизм», заклеймённый Сталиным как ересь, в действительности представляет собой подлинный марксизм-ленинизм.
Наиболее серьёзное положение создалось в Горьковском пединституте, студенты которого образовали даже нелегальные кружки по изучению трудов Ленина и Троцкого. Здесь ходили по рукам запрещённые партийные документы, в том числе знаменитое «ленинское завещание». Ольберг считался одним из наиболее опытных агентов, поэтому НКВД решил направить его на работу в этот пединститут.
Отбор преподавателей в высшие партийные школы производится в СССР с особой тщательностью. Сюда подходили только особо надёжные партийцы, никогда не принадлежавшие к какой бы то ни было оппозиции, вдобавок имеющие высшее партийное образование и большой педагогический опыт. Прошлое каждого лица, намечаемого на такую преподавательскую работу, и его автобиография перепроверялись во всех партячейках и отделах кадров, где он когда-либо работал, после чего собранные данные направлялись на утверждение в специальную комиссию, куда входили представители НКВД и ЦК партии.
Естественно, Валентин Ольберг никогда не смог бы удовлетворить этим строгим требованиям, если б не протекция. Ольберг не был членом ВКП(б) и даже гражданином Советского Союза. Из официальной стенограммы первого московского процесса явствует, что он гражданин Латвии, вдобавок прибывший в СССР как турист по паспорту Республики Гондурас, купленному в Чехословакии. К тому же Ольберг не имел высшего образования, что уж никак не позволяло ему рассчитывать на должность преподавателя кафедры общественных наук. Несмотря на всё это, Молчанову удалось настоять перед Отделом высшей школы ЦК партии, что его секретный сотрудник может и должен быть назначен в Горький. В ЦК снабдили Ольберга копией приказа о назначении его преподавателем истории революционного движения.
Впрочем, назначение Ольберга всё же не обошлось без осложнений. Прибыв в Горький, он представился члену бюро обкома партии, некоему Елину, имевшему партийное поручение знакомиться с новоназначенными преподавателями и инструктировать их по политическим вопросам. Разговаривая с Елиным, Ольберг запутался в ответах, противоречиво осветил своё прошлое и кончил признанием, что он вообще не историк, не член ВКП(б) и даже не советский гражданин. Подозревая, что Ольберг подделал документы, Елин немедленно доложил о своих сомнениях Горьковскому областному управлению НКВД и в ЦК партии. Молчанов, узнав об этом, начал лихорадочно названивать в ЦК. Ежов вызвал Елина и распорядился оставить Ольберга в покое: «Пусть преподает в институте!» Этот эпизод, как мы увидим позже, сыграет роковую роль в связи с первым московским процессом и приведёт к гибели Елина.
Когда в начале 1936 года развернулась подготовка к этому процессу, Молчанов использовал Ольберга в качестве провокатора: фигурируя в роли подследственного, Ольберг должен был дать ложные показания, порочащие Льва Троцкого и тех уже арестованных старых большевиков, которых Сталин решил предать суду.
Ольберга не пришлось вынуждать к этому. Ему просто объяснили, что поскольку он отличился в борьбе с троцкистами, теперь его выбрали для выполнения почётного задания: он должен помочь партии и НКВД ликвидировать троцкизм и разоблачить Троцкого на предстоящем судебном процессе как организатора заговора против советского правительства. Ему было сказано, что, независимо от того, какой приговор суд вынесет ему лично, его освободят и направят на ответственную должность на Дальнем Востоке.
Ольберг подписывал все «протоколы допросов», какие только НКВД считал нужным составить. Подписал, в частности, признание, что он, Ольберг, был послан Седовым в СССР, по указанию Троцкого, с заданием организовать террористический акт против Сталина. По прибытии в Советский Союз он поступил работать преподавателем в город Горький, где установил контакт с другими троцкистами; они совместно разработали план убийства Сталина. Этот план, по Ольбергу, заключался в том, чтобы послать в Москву для участия в первомайской демонстрации студенческую делегацию, состоящую из убеждённых троцкистов, и руками этих студентов убить Сталина, когда он будет стоять, как обычно, на мавзолее. Ольберг показал также, что он является агентом гестапо, причём Троцкому это, разумеется, было известно.