Павел Судоплатов вспоминал: «Уголовное дело против Тухачевского целиком основывалось на его собственных признаниях, и какие бы то ни было ссылки на конкретные инкриминирующие факты, полученные из-за рубежа, начисто отсутствуют. Если бы такие документы существовали, то я как заместитель начальника разведки, курировавший накануне войны и немецкое направление, наверняка видел бы их или знал об их существовании».
Сталин принял сторону абсолютно преданного ему Ворошилова, и уже в августе 1936 года последовали первые аресты военачальников в рамках Большой чистки Вооруженных сил: были арестованы комкоры В.М. Примаков и В.К. Путна. 10 мая 1937 года Тухачевский был переведен с поста первого заместителя наркома обороны на должность командующего войсками Приволжского военного округа. 22 мая он был арестован в Куйбышеве, 24 мая перевезен в Москву, 26 мая после очных ставок с Примаковым, Путной и Фельдманом дал первые признательные показания.
В ходе предварительного следствия Тухачевский признал себя виновным в подготовке военного заговора в РККА, целью которого было насильственное свержение власти и установление в СССР военной диктатуры. Для реализации успеха планировалось подготовить поражение РККА в будущей войне с Германией и, возможно, Японией. Также Тухачевский признал, что им, а также другими участниками заговора германской разведке были переданы сведения, составляющие государственную тайну, о количестве и местах сосредоточения РККА в приграничных областях.
Решением суда подсудимые были признаны виновными в совершении преступлений, предусмотренных статьями 58-1«б», 58-3, 58-4, 58-6 и 59-9 Уголовного кодекса РСФСР.
5 июня… Сталин обсуждает вопрос о заговоре с Молотовым, Кагановичем и Ежовым. Было решено из большой группы высшего комначсостава, арестованной в мае 1937 года, отобрать несколько лиц для судебного процесса, объединив их в одно групповое дело… 7 июня нарком внутренних дел Ежов и прокурор СССР Вышинский представили Сталину вариант обвинительного заключения по делу. Разговор происходил в присутствии Молотова, Кагановича и Ворошилова. После просмотра и внесения в него Сталиным изменений и поправок текст обвинительного заключения приобрел окончательный вид. 10 июня (по другим сведениям, 11 июня) 1937 года пленум Верховного суда СССР постановил для рассмотрения дела образовать Специальное судебное присутствие Верховного суда СССР в составе председательствующего В.В. Ульриха и членов Я.И. Алксниса, В.К. Блюхера, С.М. Буденного, Б.М. Шапошникова, И.П. Белова, П.Е. Дыбенко, Н.Д. Каширина и Е.И. Горячева.
11 июня 1937 г. дело по обвинению Маршала Советского Союза Тухачевского, командармов 1-го ранга Уборевича и Якира, командарма 2-го ранга Корка, комкоров Фельдмана, Эйдемана, Примакова и Путны в шпионаже, измене Родине и подготовке террористических актов было рассмотрено в закрытом судебном заседании без участия защитников и без права обжалования приговора.
О ходе судебного процесса Ульрих информировал И.В. Сталина. Имеются указания Сталина о применении ко всем подсудимым высшей меры наказания – расстрела.
В 23 часа 35 минут был оглашен приговор – всех восьмерых приговорили к смертной казни. Сразу же после этого Тухачевский и остальные обвиняемые были расстреляны в подвале здания Военной коллегии Верховного суда СССР. Произошло ли это до или после полуночи, точно не известно, поэтому датой смерти Тухачевского может указываться как 11, так и 12 июня. По воспоминаниям одного из расстреливающих, Тухачевский якобы успел воскликнуть: «Вы сейчас стреляете не в нас, а в Красную армию!»
Процесс по делу Тухачевского положил начало массовым репрессиям в РККА 1937–1938 годов.
