Благодаря умелой конспирации Кислов-Косенко и большинство его сотрудников успешно продолжали работу в Париже в разгар политического скандала, инициированного в конце 1937 г. лидерами белой эмиграции во Франции после похищения Миллера и бегства Скоблина. Из подчиненных Косенко в Москву тогда пришлось вернуться лишь лейтенанту госбезопасности А. Грозовскому и его супруге, контакты которых с просоветскими эмигрантами удалось выявить местной полиции. Однако в 1938 г. резидента Косенко ждал ряд тяжелых ударов. 16 февраля 1938 г. в парижской клинике от воспаления брюшины умер 32-летний сын и ближайший помощник Троцкого Лев Седов. В окружении тогдашнего наркома НКВД Н. И. Ежова эта естественная смерть была расценена как «тайная ликвидация Седова скрытыми троцкистами из зарубежного аппарата ИНО, опасавшимися предания огласке их собственных контактов с Седовым». По странному совпадению, страдавший хронической болезнью сердца 39-летний начальник ИНО А. А. Слуцкий внезапно умер на следующий день после Седова, 17 февраля 1938 г. прямо на докладе в лубянском кабинетепервого заместителя наркома внутренних дел М. П. Фриновского. Назначенный после Слуцкого временно исполняющим должность начальника разведки С. М. Шпигельглаз также попал под подозрение руководства ГУГБ НКВД в «скрытом троцкизме».
В июле 1938 г. через Канаду в США бежал с женой, дочерью и кассой барселонской резидентуры (500 тысяч долларов по нынешнему курса) руководитель представительства НКВД в Испании А. М. Орлов (он же Л. Л. Фельдбин, он же «Швед») В августе его канадский кузен Н. Курник передал в посольство СССР в Париже письма «Шведа» наркому НКВД Ежову, где Орлов объяснял свой уход на Запад грозившими ему и близким в Советском Союзе необоснованными репрессиями – и дал понять, что в случае, если его родственники на родине пострадают от рук чекистов, то «Швед» предаст огласке известные ему подробности работы советской разведки как в Испании, так и в Великобритании и Франции, которую Орлов в своем послании назвал «страной «Финна». Н. И. Ежов был вынужден доложить об этом письме И. В. Сталину, который лично приказал чекистам воздержаться от дальнейших преследований А. М. Орлова и его близких. Однако этот приказ никак не касался зарубежных коллег и подчиненных Орлова, которых тогдашнее руководство НКВД сочло виновными в передаче «Шведу» крайне опасной для Кремля секретной информации. Стремительно терявшему доверие Сталина наркому Ежову, заместителем и вероятным преемником которого в конце августа 1938 г. стал переведенный в Москву из Тбилиси Л. П. Берия, были нужны «козлы отпущения» после бегства Орлова и состоявшейся 3 сентября 1938 г. под Парижем учредительной конференции созданного Л. Д. Троцким антисталинского и антикоминтерновского IV Интернационала.
В августе – сентябре 1938 г. из Испании были отозваны и арестованы ранее работавшие с Орловым опытные разведчики Я. Серебрянский, Г. Сыроежкин, Н. Фридгут, из Великобритании – легальный резидент (с апреля 1938 года) Г. Графпен. Косенко был вызван из Парижа в Москву в ноябре 1938 г. Одно из последних сообщений в Центр, подписанных им перед возвращением, было посвящено шедшим осенью 1938 г. переговорам французов и британцев с Гитлером, который требовал у крупнейших европейских держав фактически подчинить Рейху Чехословакию. Косенко передал в Москву, что государственное руководство Франции во главе с премьер-министром Э. Даладье пойдет на дальнейшие уступки Гитлеру и выдаст ему Чехословакию.
В Москве Георгий Николаевич узнал о произошедших 2 ноября 1938 г. арестах С. М. Шпигельглаза и М. В. Григорьева, которые за год до этого вместе с Косенко лично участвовали в захвате генерала Миллера. Сам Косенко тогда же был назначен с понижением на должность оперуполномоченного 5-го отдела (ИНО) ГУГБ НКВД. А 27 декабря 1938 г. его самого арестовали по месту жительства – в квартире в «чекистском доме» № 3/5 в Большом Комсомольском (Большой Златоустьинский) переулке. На Лубянке Косенко предъявили обвинение в «участии в контрреволюционной террористической организации в органах НКВД СССР». 20 февраля 1929 г. Военная Коллегия Верховного Суда СССР во главе с печально известным В. В. Ульрихом приговорила Косенко к расстрелу. В ночь на 21 февраля приговор был приведен в исполнение. Вместе с Косенко тогда расстреляли 30 человек, в том числе его коллег по разведке бывшего нелегального резидента в Италии М. Аксельрода и работавшего в Испании А. Лимана. В одной группе с ними был расстрелян известный московский адвокат А. Долматовский – отец уже известного тогда поэта Е. Долматовского. Тела всех казненных той же ночью была тайно кремированы в Донском крематории, а пепел предан земле в общей «Могиле невостребованных прахов № 1».