В ходе следствия были арестованы заместитель директора санатория «Барвиха» Рыжиков, начальник Лечсанупра Кремля Бусалов, консультант Лечсанупра Виноградов. Лечившие Щербакова Ланг и Этингер умерли под следствием. Врачей обвинили в том, что они «не использовали возможности сердечной терапии, неправильно применяли сильнодействующие средства, как морфий, пантопин, симпатол и различные снотворные». Щербакову после инфаркта «злонамеренно разрешили» вставать с постели. Лечение как Щербакова, так и Жданова, как утверждал Игнатьев, велось преступно. Были арестованы все врачи, лечившие Жданова в последние годы его жизни — профессора Егоров, Виноградов, Василенко, врачи Майоров и Карпай, патологоанатом Федоров. Последнего обвинили в том, что умышленно скрыл сведения об инфаркте Жданова.
«Следствием установлено, что Егоров и Федоров — морально разложившиеся люди, Майоров — выходец из помещичьей среды, Виноградов — примыкавший в прошлом к эсерам, Василенко, скрывший с 1922 г. свое исключение из ВКП(б), и связанная с ними еврейская националистка Карпай — все они составляли вражескую группу, действовавшую в Лечсанупре Кремля, и стремились при лечении руководителей партии и правительства сократить их жизнь» — такой вывод содержался в докладе Игнатьева Сталину.
Все арестованные дали показания о том, что они плохо относились к Советской власти и являются членами организованной террористической группы, руководитель которой, профессор П.И.Егоров, «враждебно относясь к партии и Советской власти, действовал по указаниям врага народа А.А. Кузнецова, который в связи со своими вражескими замыслами был заинтересован в устранении товарища Жданова». Таким образом, «дело врачей» оказывалось в связке с «ленинградским делом», основные фигуранты которого к тому времени уже были расстреляны.
Генерала Власика обвинили в том, что он, получив письмо Тимашук, написанное 29 августа 1948 года, уже 30 или 31 августа передал его Абакумову. В проекте обвинительного заключения, направленного Сталину, этот факт излагался следующим образом: «Абакумов и Власик отдали Тимашук на расправу… иностранным шпионам-террористам Егорову, Виноградову, Василенко, Майорову». Сталин, редактируя этот документ, не согласился с такой формулировкой и написал более определенно, что Жданов «не просто умер, а был убит Абакумовым».
В связи с «делом врачей» был арестован ряд чекистов-евреев: начальник спецбюро МГБ генерал-майор Н. Эйтингон, руководитель подразделения, отвечавшего за разработку техники радиосвязи, Е. Анциелович, начальник отдела «К» МГБ А. Свердлов, заместитель начальника 1 Главного управления МГБ генерал-лейтенант М.Белкин, непосредственно перед арестом — заместитель начальника 2 главка МГБ, руководитель спецлаборатории, где разрабатывались яды, Г. Майрановский, тесно сотрудничавший с МГБ начальник следственного отдела прокуратуры Л.Шейнин и др.
После ареста Берии Лаврентию Павловичу предъявили показания руководителя токсикологической лаборатории НКВД-МГБ Григория Майрановского, в феврале 1953-го приговоренного к десяти годам лишения свободы за незаконное хранение ядов и злоупотребление служебным положением:
«Во время моих опытов по применению ядов, которые я испытывал над осужденными к В[ысшей] М[ере] Н[аказания]… я столкнулся с тем, что некоторые из ядов могут быть использованы для выявления так называемой «откровенности» у подследственных лиц. Этими веществами оказались хлораль-скополамин и фенамин-бензедрин (кола-с).
При употреблении хлораль-скополамина (КС) я обратил внимание, что, во-первых, дозы его, указанные в фармакопее как смертельные, в действительности не являются таковыми. Это мной было проверено многократно на многих субъектах. Кроме того, я заметил ошеломляющее действие на человека после применения КС, которое держится примерно в среднем около суток. В тот момент, когда начинает проходить полное ошеломление и начинают проявляться проблески сознания, то в это же время тормозные функции коры головного мозга еще отсутствуют. При проведении в это время метода рефлексологии (толчки, щипки, обливание водой) у испытуемого можно выявить ряд односложных ответов на коротко поставленные вопросы.
При применении «кола-с» у испытуемого появляется сильное возбужденное состояние коры головного мозга, длительная бессонница в течение нескольких суток в зависимости от дозы. Появляется неудержимая потребность высказаться.
Эти данные навели меня на мысль об использовании этих веществ при проведении следствия для получения так называемой «откровенности» у подследственных лиц…
…Для этой цели Федотовым были выделены пять следователей, фамилии которых я не помню (один из них как будто был Козырев), а также подследственные трех родов: сознавшиеся, не сознавшиеся и частично сознавшиеся. Над ними и проводились мною опыты вместе со следователями. Вкратце меня следователи информировали об обстоятельствах дела и о тех вопросах, которые интересовали следствие…»