В конце сентября 1936 года Н. И. Ежов сменил главу НКВД Г. Г. Ягоду. Еще ранее, 29 июля 1936 года, по инициативе Сталина была принята секретная инструкция о допустимости любых методов следствия в отношении «шпионов, контрреволюционеров, белогвардейцев, троцкистов и зиновьевцев». Неудивительно, что бывший замнаркома внутренних дел Заковский, судимый до революции за убийства, хвалился, что он и самого Маркса сумел бы заставить признаться в работе на Бисмарка. Террор, как бушующее пламя, с беспощадной жестокостью пожирал все новые и новые жертвы.
23 января 1937 года начался процесс над Г. Л. Пятаковым, К. Б. Радеком, Г. Я. Сокольниковым — всего 17 человек. Характерно, что к процессу готовилось 36 дел, остальные подсудимые, надо полагать, отказались клеветать на себя и были уничтожены тайно. Под воздействием изощренных физических и моральных пыток подсудимые признались во всех «преступлениях». Они также дали показания об участии Бухарина и Рыкова в организации диверсий, убийств, шпионажа.
Действительность оказалась такова, что во многом жертвы сталинского террора сыграли на руку тирану. Так, Каменев и Зиновьев не прислушались к предсмертному предостережению Ленина и не допустили смещения Сталина с поста генсека. Пятаков и Радек публично требовали смертной казни Каменеву и Зиновьеву, а вскоре сами оказались жертвами адской сталинской машины. Многие из видных большевиков сами подбрасывали поленья в разгорающийся костер культа личности и теперь пожинали плоды этого.
27 февраля 1937 года Пленум ЦК ВКП(б) рассмотрел «дело» Бухарина и Рыкова. На Пленуме Сталин, Молотов, Ворошилов и другие в грубой форме обвиняли Бухарина и Рыкова в связях с троцкистским центром. Попытка Бухарина опровергнуть клеветнические обвинения была «признана несостоятельной». На Пленуме Бухарин и Рыков были названы наемными убийцами, вредителями и диверсантами, шпионами иностранных разведок. Бухарин заявил Молотову: «Я не Зиновьев и не Каменев и лгать на себя не буду!» На это Молотов ответил: «Не будете признаваться — этим и докажете, что вы фашистский наймит. Они же в своей прессе пишут, что наши процессы провокационные. Арестуем — сознаетесь!»
Бухарин обвинил Сталина и его подручных в организации контрреволюционного переворота в стране, призвал партию вернуться к ленинским традициям, обуздать НКВД, который фактически захватил власть.
На Пленуме Бухарину и Рыкову было предъявлено обвинение в том, что они якобы на протяжении длительного времени выступали против партии и В. И. Ленина. Пленум постановил «исключить Бухарина и Рыкова из состава кандидатов в члены ЦК ВКП(б) и из рядов ВКП(б) и передать дело в НКВД». В решении говорилось, что Наркомат внутренних дел отстал, по крайней мере, на четыре года в своей деятельности по разоблачению наиболее непримиримых врагов народа. Прямо с Пленума Бухарин и Рыков были увезены в сырые подвалы Лубянки. Их судьба была предрешена.