В 1929–1934 годах информация о наличии в РККА оппозиционных группировок во главе с Тухачевским поступала от дочери генерала Зайончковского, в 1932 году – от агента «Сюрприза» (Адольф Хайровский), в 1932–1934 годах – от агента Илинича, в 1933–1936 годах – от агента «Венера». Однако эта информация стала известна правительству только после записки А. Х. Артузова в январе 1937 года.

Первые фигуранты дела – В. Путна и В. Примаков – были арестованы в связи с другим делом. В судебном процессе по делу Антисоветского объединенного троцкистско-зиновьевского центра (21–23 августа 1936 года) они были названы в качестве участников армейской «военно-троцкистской организации». Тем не менее до мая 1937 года арестованные Путна и Примаков не называли никаких новых имен.

В конце января 1937 года поступила записка А. Х. Артузова о донесениях «Сюрприза» в 1932 году. 11 марта 1937 года арестован командующий Уральским ВО комкор И. И. Гарькавый, который сразу начал давать признательные показания. 12 апреля во вскрытой чекистами японской дипломатической почте военный атташе Японии в Польше отчитывается об установлении связи с Тухачевским.

22 апреля Политбюро отменяет поездку Тухачевского за границу. С 22 по 27 апреля показания на группу Тухачевского дают арестованные руководители НКВД – Гай, Прокофьев, Волович, Петерсон.

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 следственном деле М. Н. Тухачевского нет показаний, написанных рукой следователя: все они написаны самим Тухачевским – четким, ровным почерком со всеми знаками препинания, абзацами и примечаниями. В этих показаниях М. Н. Тухачевский поэтапно и скрупулезно вскрывает мельчайшие детали заговора.