19 августа начался процесс над главными «выродками». Зиновьев, Каменев и их пособники признались в том, что им позволили отрицать в январе 1935 года: они были «прямыми организаторами» покушения на Кирова, и его убийство они рассматривали как подготовку к покушению на других руководителей партии, в том числе и на самого Сталина, после чего они намеревались свергнуть Советскую власть. С 1932 года они якобы действовали согласно (несуществующим) инструкциям Троцкого, которые передавались тайными агентами (также несуществующими). Один из подсудимых рассказал о встрече с сыном Троцкого в гостинице в Копенгагене, которая, как потом выяснилось, была снесена за двадцать лет до того. За эти вымышленные преступления все члены «троцкистско-зиновьевского террористического центра» были приговорены к смертной казни.
Их публичное раскаяние явилось важным этапом в создании очередной теории заговора, которая в своей конечной форме соединила всех противников сталинизма внутри страны и за рубежом в один громадный заговор. Показательный процесс связал остатки «левой оппозиции» внутри России не только с находившимся в изгнании Троцким, но и с белогвардейцами и фашизмом. Во время заседаний выяснилось, что «троцкистско-зиновьевский террористический центр» увяз в болоте белогвардейщины», слился с ним и «стал организующей силой последних остатков эксплуататорских классов, которые укоренились в СССР». Они также сотрудничали с гестапо, с которым Троцкий договорился о совместной террористической деятельности против Советской власти. В своем последнем слове Зиновьев охарактеризовал отношения между своими сторонниками и силами нацизма и международного фашизма чрезвычайно простыми словами, в которые, правда, было трудно поверить: «Троцкизм — это вариант фашизма, а зиновьевизм — это вариант троцкизма».
К удовлетворению Сталина, во время судебного разбирательства упоминались и остатки «правой оппозиции»: Бухарин, Рыков и Томский. Томский, поняв, к чему все это приведет, покончил с собой. В середине сентября, находясь в своем очередном отпуске в Сочи, Сталин получил неприятное известие о том, что в результате расследования, проведенного НКВД, Бухарин и Рыков были оправданы. Старые подозрения Сталина относительно Ягоды всплыли на поверхность. Наслаждаясь новым званием генерала-комиссара государственной безопасности (что соответствовало званию маршала) и новой квартирой в Кремле, Ягода переоценил свои силы. Греясь в лучах славы, он ввел новый порядок смены караула НКВД, причем этот церемониал, проходивший под музыку, сильно напоминал царские времена. (Гром грянул 25 сентября, когда Сталин и его протеже Андрей Жданов направили телеграмму в Политбюро с требованием заменить Ягоду на Николая Ежова: «Ягода оказался неспособным разоблачить троцкистско-зиновьевский блок. ОГПУ (НКВД) запоздало в этом деле на четыре года.» Это было явное указание на недостаточно жесткую реакцию на появление «контрреволюционной» платформы Рютина и троцкистской угрозы в 1932 году.
Возможно, уже тогда Сталин намеревался начать основательную чистку НКВД, но прежде он решил усыпить бдительность руководства НКВД, дать ему почувствовать себя в безопасности. Поэтому Сталин убрал только Ягоду и его заместителя Г. Прокофьева, причем ни тот, ни другой не были расстреляны или даже арестованы. Ягода был назначен на должность народного комиссара связи, а Прокофьев стал его заместителем.
Пришедший на смену Ягоде невзрачный, инфантильный Ежов был первым русским, ставшим во главе КГБ. Будучи секретарем Центрального Комитета и руководителем Контрольной комиссии, Ежов от имени Сталина осуществлял контроль за деятельностью НКВД. Внутри партийного аппарата он создал службу безопасности, параллельную НКВД, которая, по всей видимости, и спланировала по указанию Сталина покушение на жизнь Кирова. Ежов принимал участие в подготовке процесса над «троцкистско-зиновьевским террористическим центром». У него даже был свой кабинет на Лубянке, и он лично принимал участие в допросах как представитель партии, отвечающий за вопросы безопасности. Он проявлял особый интерес к методам, которые использовались для получения признаний у заключенных, оказывающих особенно сильное сопротивление. Он всегда спрашивал следователей, «что, по их мнению, стало последним ударом, сломившим заключенного». Ежов очень гордился тем, что однажды ему удалось заставить расплакаться одного старого большевика, пригрозив расправиться с его детьми, хотя тот отличался особой стойкостью. Один из следователей НКВД, который при этом присутствовал, рассказывал: «За всю свою жизнь я никогда не видел такого злодея, как Ежов. Он делал это с удовольствием.» Ягоде не нравилось присутствие Ежова на Лубянке, но всевозможные почести, оказанные ему в 1936 году, непомерное тщеславие и реальная перспектива получить место в Политбюро притупили его подозрения.