1934年12月16日，季诺维也夫、加米涅夫同时被捕，在随后进行的审讯上，季诺维也夫、加米涅夫都严正地驳斥了对他们的指控，法庭因为证据不足，宣判季诺维也夫10年监禁，加米涅夫5年。事情当然不能这样完结，于是又组织新的行动。按照什划，内务部很快逮捕了3个人。一个是瓦连京·奥利别尔格，他是内务部的工作人员，内务部要他按照“工作要求”假装成阴谋活动的参加者，并把季诺维也夫、加米涅夫冒充作自己的的领导，他必须提供证词，帮助党和政府来消灭季诺维也夫等人。奥利别尔格事先得到保证，不管法庭将对他作出什么样的判决，他都被释放，然后派他到远东去担任一个什么要职。因此，奥利别尔格放心大胆地在事先准备好的审讯笔录上签了字。另一个是赖因霍尔德，他是苏联棉纺工业总管理局局长。与加米涅夫有私交。还有哈德·皮克尔，他曾经领导过季诺维也夫的秘书处。赖因霍尔德是个难以制服的人。他被捕后，侦查人员要他承认：加米涅夫曾经吸收他加入恐怖组织，加米涅夫和季诺维也夫是反对苏联政府的阴谋组织者和领导人。并对他说，只有他揭露了这两人，他才能够保住自己的一条命，但赖因霍尔德坚决否认自己参加过任何阴谋组织。内务部对他进行了各种手段，包括连续审讯48小时，不准吃饭，不准睡觉，逮捕他的妻子和孩子。最后，赖因霍尔德提出一个条件，他可以签字，但必须得由中央的代表向他宣布：党认为他没有犯任何罪，但党的利益却要求他非作出这样的供认不可。最后，中央书记叶若夫亲自出马以中央名字向他宣布：只有帮助内务部来揭露季诺维也夫和加米涅夫，才能证明自己无罪和对党的忠诚。于是，赖因霍尔德不得已只好在一份事先准备好的供状上签字。这份供状说，他是托洛茨基、季诺维也夫组织的一个成员，他曾准备杀害斯大林，活动是在季诺维也夫、加米涅夫亲自领导下进行的。还证实说，杀害基洛夫是季、加两人一起策划的，以后还要暗杀斯大林。另一个皮克尔也被采取同样的欺骗手段，说这是党的需要，只要签字，没你的事，皮克尔也照办了。这样，一切都准备好了，季诺维也夫、加米涅夫大案重新审理。季诺维也夫、加米涅夫仍然不屈服，他们对加米涅夫进行了毒打和引诱。斯大林听说他们不屈服，给侦讯员下达了指示。“告诉他们，不管他们怎么做，他们也阻止不住历史的进程。他们的出路只有一条，要么死去，要么挽救自己一条命。给我狠狠地整，直到他们用嘴噙着供状，爬到你们跟前为止。”对付不屈的季诺维也夫的很别致，他们往季诺维也夫的牢房里集中供暖。当时正是盛夏，不供热牢里已热得透不过气来，季诺维也夫正患气喘病，酷热折磨使他难受到了极点。他被折磨得实在受不了，于是便请求和加米涅夫单独谈一谈。请求批准后，他们两人在一起谈了将近1个小时，季诺维也夫劝加米涅夫一起去出席法庭，但条件是斯大林必须当着全体政治局委员的面保证不杀他们。斯大林听说季诺维也夫、加米涅夫准备投降后，很高兴。他决定把他们召到自己办公室来，和他们当面谈一谈。在斯大林的办公室，斯大林向他们保证：法庭审判并不是反对他们的，而是反对党的死敌托洛茨基的。我们都是列宁的学生和追随者，因此不管你们对党犯下了多么重大的罪过，我们都不想杀害你们。1936年8月19日～24日，原苏联最高法院军事法庭对季诺维也夫、加米涅夫、奥利别尔格、赖因霍尔德、皮克尔等16人进行公开审判。审判在工会大厦的圆柱大厅举行，这是大清洗运动中第一次公开审判。被告不允许有辩护律师。法庭调查中，被告几乎千篇一律地供认了“杀害基洛夫和准备杀害斯大林及其亲密战友的罪行”。24日，法庭宣布，所控16名被告全部处以死刑。8月25日早晨，这16名被告全部被枪毙了。在对16人审讯过程中，有人揭发了布哈林、李可夫和托姆斯基。总检查长维辛斯基宣布了对他们进行调查的命令，几天后，托姆斯基自杀。
