Наталью Сергеевну Штакельберг арестовали в январе 1930 года, в числе других участников исторического кружка, когда-то собиравшегося в ее доме. Она давно не работала (в 1924 году ее «вычистили» с кафедры русской истории университета), жила замкнуто, погрузившись в семейные заботы и воспитание детей. Если бы не тоска по научной работе, ее жизнь была бы вполне счастливой: она не знала материальных забот, жила в огромной квартире, у нее был любящий муж и чудесные дети. Никто не мог угадать в этой молодой, красивой женщине скрытой силы воли и непоколебимой стойкости. Оказавшись в тюрьме, она не могла понять причины ареста, и первый допрос ошеломил ее: следователь Стромин назвал исторический кружок антисоветской организацией, а веселые собрания в ее доме — встречами «кадров антисоветских научных работников». Это противоречило здравому смыслу и истине: «Был период, когда советская власть была для нас узурпатором, а не законной властью. Но годы шли, все эволюционировало, эволюционировало и наше политическое лицо и сознание. В 1930 году, когда все мы стали „советскими”, мне казалось дикостью и несправедливостью, что нас судят за идейные воззрения и политическое лицо, присущее всей интеллигенции в 1920 году», — размышляла Наталья Сергеевна. Она отказалась подписывать составленные следователем протоколы, несмотря на «признания» других кружковцев, которые ей зачитывали: «Белое было белым. Черное было черным. Я не могла подписать то, что мне предлагали». Уговоры, угрозы, обещание свободы за признание, что кружок молодых историков был нелегальной антисоветской организацией, не дали результатов, Стромин оказался бессилен. Н. С. Штакельберг допрашивал и сам начальник ленинградского ОГПУ Ф. Д. Медведь, он показал обвиняющие ее показания профессора С. В. Рождественского. «У меня дух захватило. И невольно: „Рождественский просто испугался. Положение его трудное...“» А у нее разве не трудное или она ничего не боялась? Конечно боялась. «Медведь порылся в одной из папок. — „Вам известно, что в вашем Салоне намечались кандидатуры на царский престол в случае свержения Советской власти?“ — „Это ужасное заблуждение. Этого никогда не было!“ — говорю я в ужасе». Она продолжала спорить, объяснять, чем был исторический кружок, и отрицала все обвинения.
Наталью Сергеевну посадили в одиночную камеру, изматывали бессонницей, еженощно вызывая на допрос, требовали признания, но «я плачу отчаянно и безнадежно, я не могу уже говорить и в знак отрицания только качаю головой». Где она брала силы, что отстаивала, если решилась даже на самоубийство? «Нет, я слишком хорошо представляла, на что я иду... Я твердо знаю, что я умру не за Платонова, не за Рождественского, а за личную свою человеческую честь. Как бы я стала жить предателем и трусом?» Она понимала, что ее безвестная смерть в тюремной камере-одиночке ничего не изменит в ходе следствия, и все-таки сделала выбор: «Я вернулась в камеру после последнего допроса совершенно убитая. Выхода не было. Надо было или подписать ложные показания, или умереть». Порезы припасенным ржавым обломком бритвы привели к заражению крови, Наталья Сергеевна была при смерти, но ей не дали умереть. После возвращения из лазарета допросы продолжились, новый следователь не кричал, а деловито объяснил, что отказ от показаний считается враждебным актом против советской власти, поэтому надо хоть что-то написать. Н. С. Штакельберг составила текст, в котором отрицала, что кружок был антисоветской организацией, однако признала, что «большинство докладов носили не марксистский характер». Такие показания никуда не годились, и не миновать бы ей концлагеря, если бы не случай. Следователь замахнулся ударить ее, и она в гневе воскликнула: «Я найду пути, чтобы рассказать Сталину обо всем, что здесь делается», потому что вождь знаком с семьей ее мужа.