随后斯大林拿起笔来，在两张白纸上分别写下了“莫斯科总部”“列宁格勒总部”，然后将季诺维也夫、加米涅夫等人列到“莫斯科总部”下面，被捕的共青团干部列到“列宁格勒总部”下面。

接着他把这两张纸递给了叶若夫：“按照这个上面的名字抓住凶手他们都是阴谋破坏国家的凶手”于是这张出自斯大林笔下的名单，就成了基洛夫遇害案的证据。

基洛夫的遗体很快被运到了莫斯科，1934年12月6日，斯大林在万众瞩目之下亲自为之主持了盛大的葬礼，并为其抬棺。米高扬曾在自己的回忆录中写到：“基洛夫的逝世，是继列宁逝世之后，令党和国家最为痛苦的事情了，那种悲痛甚至超过了捷尔任斯基逝世时的悲痛。”

1934年12月22日，苏联政府发表了侦查基洛夫案的通告，说刺客尼古拉耶夫是一个名为“列宁格勒总部”的地下恐怖组织的成员，这个组织由季诺维也夫反对派成员组成，季诺维也夫和加米涅夫由于罪证不足交给内务人民委员部进一步侦查。

1934年12月29日，在没有得到任何有效证据还有文件的情况下，尼古拉耶夫及其13名所谓“列宁格勒总部”同伙被处决，在此之前，已有103名前白俄近卫军成员被镇压。

两个多月后，已因丧失警惕而被开除出党的尼古拉耶夫的妻子米丽达也于1935年3月10日被枪决。除米丽达本人之外，她的妹妹及妹夫同时也被镇压。此外，尼古拉耶夫的兄弟彼得尼古拉耶夫，米丽达的哥哥彼得德拉乌列也相继被捕。尼古拉耶夫的两个姐姐、堂兄也都被送进了集中营，其母则被发配到边远的农村居住。

1934年12月16日，斯大林下令逮捕了季诺维也夫和加米涅夫。这两个人都是1901年入党的老牌布尔什维克，是1919年1926年的党中央政治局委员。季诺维也夫担任过列宁格勒苏维埃主席和共产国际执行委员会主席。加米涅夫担任莫斯科苏维埃主席，苏联人民委员会第一副主席和劳动国防委员会主席。这两个人和斯大林在列宁晚年组成了三驾马车，一起帮助斯大林度过了列宁遗嘱的危机，搞掉了斯大林最大的竞争对手托洛茨基。

就是这样两个人，原本应该是斯大林的左膀右臂的两个人，却因为在党内不断挑衅斯大林的权威，并且隐隐约约已经成为反对斯大林各派的精神领袖，最终和斯大林走向了决裂。所以这一次斯大林决定先从这两个人身上下手。

1935年1月15日，苏联对季诺维也夫、加米涅夫等19名反对派成员进行了秘密审判，指控他们成立并且加入秘密组织“莫斯科总部”，从事反苏秘密活动，企图取代现任领导人。

两个人都决绝承认有这样的组织，否认与基洛夫遇刺案有关，并且当庭谴责了恐怖行为，但是在高压之下，被迫承认自己过去的反斯大林行为可能在客观上助长了目前存在的恐怖主义倾向，促使犯罪者堕落。因此，他们对刺客尼古拉耶夫在道义上负有间接责任。

检察机关在拿不到任何材料来证明他们的罪行后，还是判处季诺维耶夫10年监禁，加米涅夫5年。这两个人最后还是难逃一死，他们被叶若夫在监狱中秘密处决。

并不是所有人都对这件事保持沉默，也不是所有人都如同白痴一样相信基洛夫案件的调查结果。很多老一代的苏联革命领导者都对这件事抱有怀疑态度。而这里面就包括已经是苏联方面军总司令的图哈切夫斯基元帅。

这个刚刚升任元帅的军方大佬为这件事上下奔走，一心想要找到谋害自己同志的凶手，遗憾的是没有人愿意帮助他，而他的所作所为也一点一点激怒了本就想要牢牢掌控住军方的斯大林。