Поскольку теперь не было сомнения, что преступления на шахтах носили умышленный характер, в августе 1927 года органы ОГПУ произвели первые аресты. Одновременно по наиболее крупным авариям, взрывам и затоплениям на шахтах были проведены технические экспертизы. Допросы арестованных и заключения экспертных комиссий подтвердили злонамеренный, вредительский характер деятельности привлеченных к следствию преступников. Оказалось, что часть арестованных старых спецов имела тесные связи с белогвардейской контрразведкой еще в годы гражданской войны.
Дальнейшее следствие и оперативные мероприятия ОГПУ привели к тому, что антисоветские вредительские группы были выявлены на Власовском и Несветайском рудниках, на бывших шахтах Парамонова и Автопром. Причем большинство из первоначально привлеченных к уголовной ответственности лиц (23 человека) ранее являлись руководящими деятелями Донецко-Грушевского антрацитового акционерного общества или его акционерами, получившими затем назначение на должности инженерно-технического персонала в Шахтинско-Донецком округе Северо-Кавказского края.
В январе 1928 года ряд арестованных, будучи уличенными неопровержимыми доказательствами, признались в принадлежности к антисоветской организации буржуазных специалистов, которая по заданию бывших собственников угольных предприятий Дона и Донецкого бассейна из-за рубежа тайно вела подрывную работу на углепромышленных предприятиях Юга Советского Союза. ОГПУ Северо-Кавказского края в этом же месяце доложило о «шахтинском деле» в ОГПУ Центра и ЦК ВКП(б). С начала 1928 года руководство всеми мероприятиями по раскрытию заговора буржуазных специалистов осуществлял видный деятель партии и Советского государства, преемник Феликса Эдмундовича Дзержинского на посту председателя ОГПУ СССР — Вячеслав Рудольфович Менжинский[14]. Для оказания помощи в расследовании «шахтинского дела» из Москвы был направлен в Ростов-на-Дону известный организатор и практический деятель советской юстиции, прокурор Верховного Суда СССР Николай Васильевич Крыленко, который выступал затем государственным обвинителем по делу «шахтинцев»[15].
Нити от «шахтинского дела» шли за рубеж. Еще в 1921 году эмигрантская часть торгово-промышленных кругов России, успевшая заранее перевести свои капиталы в западные страны, на созванном в Париже съезде образовала Российский торгово-промышленный и финансовый союз (Торгпром). Союз объединил около четырехсот наиболее богатых и контрреволюционно настроенных представителей русской буржуазии. Аналогичные союзы были созданы в ряде других стран и крупных городов Западной Европы, но парижское объединение признавалось центральным.