Главный удар противника был нанесен по войскам 43-й армии Резервного фронта 7 октября 1941 года. Он был направлен в сторону Вязьмы для окружения основных сил Западного и Резервного фронтов. В непрерывных боях армия генерала Собенникова несла тяжелые потери. Соединения Резервного фронта, в том числе 43-й армии, под ударами превосходящих немецких сил были вынуждены отступать.
Спустя 9 дней – 16 октября 1941 года – последовал арест генерала Собенникова. Следователи пытались доказать его принадлежность к военно-фашистскому заговору, якобы существовавшему и вскрытому в РККА в 1937—1938 годах. Первоначально ему было предъявлено обвинение в совершении преступлений, предусмотренных ст.ст. 58—1б и 58—11 УК РСФСР (измена родине и участие в контрреволюционной организации). По версии следствия, все неудачи Красной армии в первые месяцы Великой Отечественной войны можно было объяснить только предательством. Однако подкрепить обвинение реальными фактами не получалось, поскольку следствие не располагало хоть какими-нибудь объективными доказательствами изменнического поведения Собенникова. Поэтому дополнительно к указанному обвинению притянули его неудачное руководство оборонительными боями возглавляемого им Северо-Западного фронта, а затем 43-й армии Резервного фронта, квалифицировав это как воинское преступление, которое предусматривало уголовную ответственность «за самовольное отступление начальника от данных ему для боя распоряжений, совершенное не в целях способствования неприятелю, но вопреки военным правилам», т.е. по п. «б» ст. 193—21 УК РСФСР.
В ходе следствия были допрошены только четыре военнослужащих младшего начальствующего состава соединений 43-й армии Резервного фронта, которые каких-либо сведений о преступных действиях генерал-майора Собенникова не привели, а дали показания о недостатках при организации обороны на отдельных участках фронта. В силу своего должностного положения и отсутствия необходимого опыта и знаний, а также из-за их нахождения во время боев далеко от Собенникова дать объективную оценку его действиям как военачальника они не могли.
Лица, которые могли подтвердить или опровергнуть показания Собенникова о его невиновности, не были установлены и допрошены. Документы, подтверждающие или опровергающие виновность осужденного в содеянном, к материалам уголовного дела не приобщены и судом не исследовались.