Василий Шуйский некогда расследовал обстоятельства смерти царевича Дмитрия. Поэтому к нему постоянно обращались, с тех пор как в Литве объявился самозванец. В кругу доверенных лиц князь Василий допускал откровенность даже после того, как Лжедмитрий сел на трон. Однажды на двор к князю Василию явились некоторые из московских купцов и горожан, чтобы поздравить его с царской милостью. Шуйский будто бы проехал по улицам столицы с «царем» в его экипаже. В ответ на поздравление одного купца, пользовавшегося полным доверием хозяина, Шуйский в сердцах сказал про нового государя: «Черт это, а не настоящий царевич; вы сами знаете, что настоящего царевича Борис Годунов приказал убить. Не царевич это, а расстрига и изменник наш». Стоявший поодаль купец подслушал разговор и поспешил донести о нем. Русские источники называют имена купцов и посадских людей, с которыми Шуйский вел неосторожные разговоры. Самым влиятельным из них был Федор Савельевич Конь — крупнейший архитектор и строитель своего времени. В поздних русских сказаниях дело представлено так, будто великий поборник православия князь Василий призвал к себе Федора Коня и другого известного московского человека — Костю Лекаря и сказал им, что государь — злой враг, богоотступник и еретик Гришка Отрепьев. Шуйский якобы сам наказал Коню: «Поведайте тайно в мире с разсуждением, чтобы християне… еретика познали». Федор Конь и Костя Лекарь поведали «про еретика без рассуду многим людям», после чего о крамоле узнал Петр Басманов.
Получив донос от Басманова, Лжедмитрий приказал без промедления арестовать трех братьев Шуйских. Приставами, или тюремщиками, Шуйских стали бояре П.Ф. Басманов и М.Г. Салтыков. При Борисе Годунове М.Г. Салтыков руководил розыском о заговоре Романовых, при самозванце расследовал заговор Шуйских. Боярин усердствовал, чтобы доказать свою преданность новому государю. Но главным инициатором розыска был все же не он, а боярин П.Ф. Басманов.
Шуйским было предъявлено обвинение в государственной измене. Однако официальная версия их дела заключала в себе слишком много неясного. Даже близкие к особе Лжедмитрия люди по-разному излагали вину знатного боярина. Шуйского обвиняли то ли в распространении слухов, порочивших «государя», то ли в организации форменного заговора с участием многих тысяч лиц.
В письме из Москвы от 4 (14) июля 1605 г. иезуит А. Лавицкий сообщал, что Шуйского судили за то, что он называл «Дмитрия» врагом и разрушителем истинной православной веры, орудием в руках поляков. Один из секретарей самозванца, поляк С. Слонский, рассказывал, что он передал государю донос одного московского купца, подслушавшего, как Шуйский называл царя расстригой и изменником. Яков Маржарет, ставший одним из главных телохранителей Лжедмитрия, писал, что Шуйского обвинили в «преступлении оскорбления величества».
Другую версию изложили командиры польского наемного войска С. Борша и Я. Вислоух, находившиеся в Москве в момент суда над Шуйскими. В июле 1605 г. Я. Вислоух сообщил в письме к брату, что в Москве открылась измена: Шуйские начали убеждать народ, что «Дмитрий» — не истинный царь, а польский королевич, который хочет православную веру разрушить, а лютеранскую ввести; заговорщики хотели истребить поляков и уговорили для этого 10 000 детей боярских; поляков должны были сжечь с дворами (трактирами) и перебить, но поляки узнали об этом и известили «царя». Ротмистр С. Борша воспроизвел ту же версию, но в более кратком варианте. По его словам, Шуйские разработали план переворота, в котором должен был участвовать народ, — они задумали «ночью зажечь Москву и учинить над царем и над нами (польскими солдатами. —
Опираясь на преданные Лжедмитрию казачьи и польские отряды, П.Ф. Басманов арестовал множество лиц, которых подозревали в заговоре с Шуйскими. Розыск проводился с применением изощренных пыток. Свидетельства современников о результатах расследования расходятся в самом существенном пункте. Телохранитель самозванца Буссов утверждал, будто бы многие духовные лица и стрельцы, взятые к пытке, подтвердили измену боярина Шуйского. Совсем иначе изложил дело Масса. По его словам, никто из предполагаемых сообщников боярина не мог привести надежных доказательств его вины. Некоторые из арестованных под пытками признались в преступлении — прочие же все отрицали. Согласно русским источникам, из страха москвичи «друг на друга клеветаху», Расстрига же «многих поймав и разными пытками пытаху: иные же, не стерпев пыток, на себя говоряху, а иные же крепяхуся, а иные и впрямь ево, ростригу, обличаху».