为了给“大清洗”披上“合法”的外衣,1936年8月19日至24日，苏联最高法院军事法庭举行了第一次公开审判，被告是所谓的“托洛茨基—季诺维也夫联合总部”成员季诺维也夫、加米涅夫、斯米尔诺夫等16人。审讯中，法庭没有出示任何证据，所有的指控都建立在被告的“交代”和“承认”上，在没有律师辩护的情况下，被告的“供词”被作为定罪的依据。法庭最后宣布、季诺维也夫等与已被驱逐出境的托洛茨基相勾结，主使谋杀基洛夫的罪名成立，判处16名被告死刑并立即执行，没收全部财产。判决后不到24小时，报纸即报道：死刑已经执行。这项审判称之为托洛斯基—季诺维也夫分子恐怖中心案件，被告中著名的人物有G.E.季诺维也夫，L.B.加米涅夫。这项审讯对所有被告都处以极刑的作法导致了以后更大规模的镇压。

对“联合总部”的审判带动了新一轮逮捕浪潮，根据审讯中被告的“供词”，又挖出了一个所谓的“托洛茨基平行总部”，其成员有皮达可夫、拉狄克、索柯里尼科夫等人，罪名是策划恐怖行动（其中一条就是暗杀基洛夫），从事间谍活动，企图挑起和加速同法西斯德国，日本的战争并力求在这次战争中打败仗。

1937年1月23－30日，苏联最高法院军事法庭对“平行总部”进行了肃反运动中第二次公开审判。被告中著名的人物有E.L.皮达可夫，K.S.拉狄克，G.La.索科尔尼科夫，L.P.谢列勃里亚利夫。这些人过去是布尔什维克和苏维埃国家出名的活动家，积极参加了十月革命和苏联国内战争。但在二十年代中期却是托洛斯基的积极拥护者，为此被开除党籍。在三十年代初，他们实际上和托洛斯基断绝了关系，并恢复了党籍，并在各人民委员部出版机构及其他单位中任领导职务，但还是被指控“接受托洛茨基指示”，“背叛祖国，从事侦察和军事破坏工作，实行恐怖和暗害勾当”。与第一次公开审判的程序一样，17名被告中皮达可夫等13人被判死刑，拉狄克等4人被判处十年或八年监禁。

由于拉狄克在受审时交代他与布哈林、李可夫等有“罪恶的联系”，1937年2月底，布哈林、李可夫在出席中央全会时被捕。3月初，联共(布)召开中央全会，斯大林在会上作了《论党的工作缺点和消灭托洛茨基两面派及其他两面派的办法》的报告。他在报告中强调指出，托洛茨基主义已经“变成了一伙暗害分子、破坏分子、间谍和杀人凶手组成的寡廉鲜耻的、无原则的匪帮，他们是按照外国谍报机关的任务进行活动的。”

2月23日，联共(布)中央宣布把布哈林、李可夫开除出党。次年3月2—13日，苏联最高法院军事法庭对所谓“右派托洛茨基联盟”进行了肃反运动中第三次公开审判。布哈林等21名被告被以“谋害罪”和“叛国罪”起诉，其中包括布哈林、李可夫在内的19人被判处死刑。

布哈林在被捕前几天给党的几位领导人写了一封信。他在信中写道：“我就要离开人间了，我不是在无产阶级的斧钺下低下了我的头，无产阶级斧钺应该是无情的，但也应该是纯洁的。我在万恶的机器面前是无能为力的，这台机器居然使用了中世纪的方法，拥有无比强大的力量，大量地炮制有组织的造谣、诽谤。这些万能的机构能把任何中央委员，任何党员磨成粉末，把他变成叛徒，恐怖分子，暗害分子，间谍。如果斯大林对自己产生怀疑的话，那这个机构也会立即找到证据的。”

布哈林是在审讯人员威胁要把他的妻子与刚出生的儿子杀死才开始交代并承认自己“罪行”。到一九三七年底，实际上所有反对派成员都被捕了，不管他们被捕时持什么观点。

三次公开审判都是肃反运动中为欺骗国内外舆论而精心炮制的假案，这几次审判所涉及的对象也只是肃反运动中无数被冤屈者的极少数代表。实际上，肃反运动所制造的冤假错案远比公开审判所暴露的多得多，清洗的对象从中央到基层几乎包括所有的社会领域和各个阶层。

“大清洗”究竟制造了多少冤案、杀害了多少无辜者？至今没有一个确切的统计数字，但作为一场政治性镇压运动，其规模之大、涉及面之广、危害之深，在历史上堪称空前，它是斯大林领导苏联时期最黑暗的一页。

斯大林死后，苏联开始重新审查这些案件。1956年2月，赫鲁晓夫在第二十次党代表大会上攻击斯大林时报告说，过去两年里已有7679人被“恢复名誉”。他们中间大多数都已死去。最惊人的透露是，在1934年号称为“胜利者代表大会”上选出的134名党中央委员会委员中，有98人，即占全部委员的70．9%，多数在1937-1938年期间被逮捕和枪毙。