Путем обмана, шантажа, обещаний сохранить жизнь Николаеву и создания ему привилегированных условий содержания под стражей сотрудники НКВД в процессе следствия склонили Николаева к даче ложных показаний о причастности зиновьевской оппозиции к убийству Кирова. Николаев оговорил группу бывших зиновьевцев, арестованных по данному делу. От него добились показаний и о том, что он якобы сам являлся зиновьевцем, входил в подпольную террористическую группу и по ее заданию совершил террористический акт над Кировым. Он дал показания и о преступной связи их группы с латвийским консулом в Ленинграде Бисенексом.
Органы НКВД воспользовались тем, что большинство арестованных участвовали в прошлом в зиновьевской оппозиции. Так, Котолынов, Шатский, Румянцев, Левин, Мясников, Мандельштам, Сосицкий, Ханик, Звездов, Антонов и Толмазов в 1926–1928 годах. были активными зиновьевцами, занимались антипартийной фракционной деятельностью. Котолынов, Румянцев и Толмазов в это время возглавляли оппозицию в ленинградской комсомольской организации.
Используя подобные факты, следствие добилось от арестованных признания в моральной и политической ответственности за террористический акт, совершенный Николаевым как якобы зиновьевцем. От некоторых арестованных были получены противоречивые показания о наличии в Ленинграде и Москве подпольных центров зиновьевской оппозиции.
21 декабря 1934 года по вопросам окончания следствия, организации и проведения судебного процесса Сталин принял наркома НКВД Ягоду, его заместителя Агранова, председателя Военной коллегии Верховного суда СССР В. В. Ульриха, Прокурора СССР И. А. Акулова и его заместителя А. Я. Вышинского. Тогда же Ягода и Агранов представили Сталину проект сообщения в печати о результатах следствия и передаче дела в Прокуратуру СССР для составления обвинительного заключения и направления в суд.
Сталин дважды правил текст проекта сообщения в печати. Вопреки материалам дела, Сталин возложил на центр главную роль в организации террористического акта, написав в сообщении, что убийство Кирова было совершено Николаевым по поручению подпольного террористического Ленинградского центра.
25 декабря 1934 года составленный в соответствии установками Сталина проект обвинительного заключения был представлен в ЦК и в тот же день утвержден Политбюро. Из 23 арестованных, перечисленных в проекте, Сталин отобрал для судебного процесса 14 человек: Л. В. Николаева, И. И. Котолынова, В. В. Румянцева, Н. Н. Шатского, Л. О. Ханика, С. О. Мандельштама, B. C. Левина, Н. П. Мясникова, Л. И. Соситского, А. И. Толмазова, И. Г. Юскина, Г. В. Соколова, В. И. Звездова, Н. С. Антонова.