Больше всего трудностей доставило Вышинскому поведение на суде Бухарина.

В начале своего допроса Бухарин обратился к суду с ходатайством: предоставить ему возможность свободно излагать свои показания и остановиться в них на анализе идейно-политических установок блока. Этим он хотел избавить себя хотя бы на время от бесцеремонных и издевательских вопросов прокурора. Однако Вышинский потребовал отклонить это ходатайство как ограничивающее право обвинителя. Тем не менее и при допросе, проходившем в форме, навязанной прокурором, Бухарин сумел сказать многое из того, что не было желательно Вышинскому, и отвергнуть многое из того, что Вышинский требовал от него признать.

Тысячи современников в СССР и за рубежом, десятки исследователей более позднего времени с особым вниманием перечитывали и продумывали страницы стенографического отчёта, включавшие допрос Бухарина, чтобы найти объяснение его поведению на суде — настолько оно отличалось от поведения всех других подсудимых.

Уже в первые минуты допроса Бухарин признал себя виновным «за всю совокупность преступлений, совершённых этой контрреволюционной организацией [„право-троцкистским блоком“], независимо от того, знал ли я или не знал, принимал или не принимал прямое участие в том или ином акте, потому что я отвечаю, как один из лидеров, а не стрелочник этой контрреволюционной организации» . Однако, выступив с таким суммарным признанием, Бухарин в дальнейшем последовательно разрушал все предъявленные ему конкретные обвинения.

На этих позициях Бухарин держался весьма твёрдо на всём протяжении процесса. В отличие от Крестинского и Ягоды, отрицавших, а затем признававших порочащие их факты, он ни разу не отошёл от своей позиции, категорически отвергая свою причастность к шпионажу и убийствам. Он безоговорочно отрицал, что ему было что-либо известно о подготовке убийства Кирова и о шпионской деятельности «блока» . Всем этим Бухарин довёл Вышинского до такого состояния, что тот заявил: он будет вынужден прекратить допрос, «потому, что вы, очевидно, придерживаетесь определённой тактики и не хотите говорить правду, прикрываясь потоком слов, крючкотворствуя, отступая в область политики, философии, теории и так далее, что вам нужно забыть раз и навсегда, ибо вы обвиняетесь в шпионаже и являетесь, очевидно, по всем данным следствия, шпионом одной из разведок». Однако и после этого Бухарин продолжал отрицать свою связь с иностранными разведками, указав, что об этом на предварительном следствии прокурор его не спрашивал . После этого вконец растерянный Вышинский обратился к Бухарину с вопросом, вовсе нелепым в устах прокурора, проводившего предварительное следствие: «Не угодно ли вам признаться перед советским судом, какой разведкой вы были завербованы: английской, германской или японской?», на что Бухарин, разумеется, ответил: «Никакой» .

Тот же приём — решительное отвержение обвинений, о которых речь не шла на предварительном следствии,— Бухарин использовал на процессе ещё не раз. По-видимому, Бухарин, переданный в руки Вышинского 1 декабря 1937 года, в течение трёх месяцев задал прокурору столь нелёгкую работу, что тот, не сумев добиться от него ряда необходимых признаний, решил удовлетвориться порочащими Бухарина показаниями других подсудимых.

Особенно щедро обвинения против Бухарина были рассыпаны в показаниях Иванова, который заявил, что Бухарин ещё в 1921 году говорил о подготовке им кадров, которые по первому его зову готовы будут «устранить Ленина… вплоть до физических методов». Далее Иванов утверждал, что в 1926 году Бухарин (находившийся тогда в блоке со Сталиным.— В. Р.) говорил ему, что «нужно готовиться к борьбе в открытом бою с партией», а для этого «работать в подполье по собиранию кадров, по завлечению в наши сети наиболее влиятельных членов партии». По словам Иванова, с 1928 года он приступил по заданию Бухарина к превращению «Северного Кавказа в русскую Вандею», т. е. к подготовке и организации кулацких восстаний. Наконец, Иванов рассказывал о своих беседах с Бухариным в конце 1936 года и начале 1937 года (когда Бухарин находился в добровольном заточении в своей квартире и ни с кем, кроме своих родных, не общался.— В. Р.), в которых Бухарин проинформировал его о мерах, предпринимаемых для ускорения нападения Германии и Японии на СССР и для убийства членов нелегальной организации «правых», которые были склонны «раскаяться перед Советской властью» .

Во время допроса Иванова Бухарин полностью отверг все его показания. При дальнейших допросах он отвёл ссылку Вышинского на порочащие его показания Иванова и Шаранговича на том основании, что оба они являются провокаторами . Между тем Иванов обвинялся на суде в работе на царскую охранку до революции, а Шарангович — в работе на польскую разведку с 1920 года. Бухариным же их имена были названы в таком контексте, что было очевидно: он имеет в виду их провокаторские функции на данном процессе.

По-видимому, Сталин непосредственно перед процессом потребовал от Вышинского добиться на суде признания Бухарина о его связях с иностранными разведками. Непреклонность Бухарина в этом пункте привела Вышинского в такую ярость, что он стал задавать Бухарину вопросы, на которые заведомо не мог получить положительного ответа. Уже в начале допроса он стал перечислять страны, в которых Бухарин находился в эмиграции, и спрашивать, не был ли он там завербован местной полицией. На это Бухарин ответил, что его связь с полицией заключалась в том, что он неоднократно сидел в российских и зарубежных тюрьмах. При последнем возвращении к этому вопросу произошёл следующий диалог между прокурором и обвиняемым:

Бухарин: …Вам, конечно, предпочтительнее сказать, что я считал себя шпионом, но я им себя не считал и не считаю.

Вышинский: Это было бы правильнее всего.

Бухарин: Это ваше мнение, а моё мнение другое .

Столь же определённо Бухарин разрушал и другие предъявленные ему обвинения. В ответ на настойчивые вопросы прокурора он заявлял, что ничего не знал о связях «блока» с белоэмигрантскими кругами, немецкими фашистами и Польшей, что вопрос об ослаблении обороноспособности СССР в его присутствии никогда не обсуждался, что он не придерживался пораженческой ориентации, выступал против открытия фронта в случае войны и был против каких бы то ни было территориальных уступок Германии . Отвергая утверждение прокурора о том, что лидеры правых обсуждали вопрос об отторжении Белоруссии от СССР, Бухарин заявил Вышинскому: «Я имею право говорить суду не так, как вы хотите, а так, как есть на самом деле» . Наконец, в ответ на глумливые выпады прокурора он раздраженно заявил: «Я не считаю место и время особенно удобными для острот. Острить я тоже способен…» 

Вместе с тем Бухарин называл действительные факты своей политической деятельности, хотя иногда подавал их в утрированном виде. Он рассказал, что уже в 1919—1920 году «из своих учеников Свердловского университета сколачивал определённую группу, которая очень быстро стала перерастать во фракцию». Речь шла о т. н. «бухаринской школе», которая в период легальной борьбы с левой оппозицией была главным идеологическим орудием правящей фракции во главе со Сталиным. Далее Бухарин назвал основные группы, примыкавшие в 1928—1929 годах к правой оппозиции, и сообщил, что приходил к Ягоде «за тенденциозно подобранными материалами». Об этом факте — изучении материалов ГПУ о враждебной реакции крестьян на чрезвычайные меры — Бухарин рассказал ещё на апрельском пленуме ЦК 1929 года. Наконец, он описал свои переговоры конца 20-х годов с Каменевым и Пятаковым, на которых обсуждался вопрос об образовании антисталинского блока . И эти факты также имели место.

Все эти признания, однако, никак не годились для того, чтобы обвинить Бухарина в преступной заговорщической деятельности, в чём состояла главная задача Вышинского. Ещё меньше отвечали этой задаче показания Бухарина о мотивах, по которым «правые» на рубеже 30-х годов хотели «опрокинуть столь доблестное руководство Сталина». Бухарин заявил, что «правые» считали колхозы «музыкой будущего», «жалели раскулаченных из-за так называемых гуманитарных соображений», выступали против «переиндустриализации» и чрезмерной бюджетной напряжённости, смотрели «на наши громадные, гигантски растущие заводы, как на какие-то прожорливые чудовища, которые всё пожирают, отнимают средства потребления от широких масс» . Всё это были действительные взгляды «правых», которые излагались в их декларациях и в известной статье Бухарина «Заметки экономиста».

Такой крен в показаниях вызвал раздражение Ульриха, который прервал Бухарина, заявив: «Вам было предложено дать показания о вашей антисоветской контрреволюционной деятельности, а вы читаете лекцию». Однако Бухарин и дальше продолжал говорить об идеологических установках «правых», и в частности, об их «сползании на рельсы буржуазно-демократической свободы». Это заявление Вышинский поспешил истолковать в прямо противоположном смысле: «Коротко говоря, вы скатились к прямому оголтелому фашизму» .

Далее Бухарин говорил о выработке правыми в 1932 году «Рютинской платформы», которая якобы была названа по имени Рютина с тем, чтобы «прикрыть правый центр и его самые руководящие фигуры». Однако и это вызвало недовольство Ульриха, заявившего: «Пока ещё вы ходите вокруг да около, ничего не говорите о преступлениях» .

Под давлением председателя суда и прокурора Бухарин фактически признал только два преступления «блока», в которых он участвовал. Первое состояло в намерении «арестовать XVII съезд». О подготовке «дворцового переворота», «захвата Кремля», аресте XVII съезда речь шла и в показаниях других подсудимых. Однако Бухарин, а вслед за ним и Рыков заявили, что план этот ещё до какой-либо конкретной подготовки данной акции был отвергнут «правым» и «контактным» центрами .

Второе «преступление» заключалось в отправке Бухариным Слепкова на Северный Кавказ, а Яковенко в Сибирь для организации кулацких восстаний, причём в последнем случае — силами бывших красных партизан . Это признание также поражало своей явной абсурдностью, хотя оно не было полностью высосано из пальца. По-видимому, Бухарин действительно беседовал с этими людьми, но, разумеется, с целью не ориентировать их на организацию антисоветских восстаний, а узнать, насколько далеко зашли повстанческие настроения крестьян в этих регионах (социальное напряжение в них достигло в 1932—1933 годах такой остроты, что многие коммунисты опасались возникновения там крестьянских восстаний). Именно такое истолкование дал беседам между Бухариным и Слепковым Каганович в конце 80-х годов: «Слепкова спрашивали на очной ставке: посылал вас Бухарин на Северный Кавказ? — Посылал.— Какие он задания вам давал? — Давал задания такие, чтобы мы выявили настроение казаков, кубанских и донских, готовы ли они к чему-нибудь или не готовы?»  В интерпретации Вышинского эти «задания» превратились в указания о руководстве крестьянскими восстаниями. Между тем было очевидно, что антисоветски настроенные казаки никак не могли выбрать большевиков Бухарина и Слепкова своими руководителями.

Бухарин несомненно продумал уроки предыдущих процессов и, исходя из них, строил свою тактику на суде. На протяжении всего процесса он неоднократно демонстрировал своё превосходство над Вышинским, дерзил ему, высмеивал его, ставил его в тупик. Наиболее острая схватка между Бухариным и Вышинским разгорелась во время рассмотрения дела о «заговоре», якобы имевшем место в 1918 году.