1937年5月20日，图哈切夫斯基被解除了副国防人民委员的职务，任命为伏尔加军区司令员。这个极不正常的贬谪，不仅引起了外界的众说纷纭和种种猜测，图哈切夫斯基本人也预感到了不祥之兆。人们无法想像，这个在五一节上还一身戎装陪在斯大林身边的红军元帅，怎么这么快就失去了斯大林的信任。
数日后，图哈切夫斯基元帅偕同妻子尼娜·叶夫根尼耶夫娜来到莫斯科喀山火车站向战友们告别。
“元帅，请多保重！”“一切都会过去的。”前来送行的战友、部下真诚地握住他的手，仿佛给这位尊敬的人注入战胜一切的力量。
“谢谢。”图哈切夫斯基竭力保持镇静，然而他的精神被摧垮了，昔日如炬的目光黯然失色。举手投足之间，一副因衰老而心力交瘁的病态。
图哈切夫斯基挽着妻子的臂膀，步履蹒跚地登上了月台……
6月4日，伏尔加沿岸军区召开政治工作会议。图哈切夫斯基端坐在主席台上，他眉头紧蹙，脸色苍白而疲倦。此时，他正在作《关于军事训练的任务和当前的工作》的报告，这是他一生中的最后一次报告。随着一阵雷鸣般的掌声，图哈切夫斯基缓缓起身，向着台下深深地鞠了一躬。
会议刚一结束，图哈切夫斯基元帅立即被逮捕了。
几乎在同一时间里，前苏联革命军事委员会扩大会议在莫斯科召开。斯大林公开揭露红军中的“反革命军事法西斯组织”，号召彻底粉碎军人中的“反革命阴谋”。
1937年6月11日，《真理报》发表了图哈切夫斯基等8名军事将领被捕、并交付军事委员会审判的消息。
一切都进行得突然而迅速。次日，图哈切夫斯基和基辅军区司令员亚基尔、白俄罗斯军区司令员乌鲍列维奇、伏尔加军区副司令员帕里曼科夫、红军军事学院院长科尔克、红军干部部长费里德曼，以及埃捷曼、普特纳两位军长，全都因犯“间谍和叛国罪”被处决。
图哈切夫斯基的战友、副国防人民委员戈马尔尼科，则在内务部人员前去逮捕时开枪自杀。
由希特勒导演的这幕惨剧致使前苏联红军遭受了重大损失。从1937年下半年至1938年间，苏军5名元帅失去了3位，16名军区司令员中的14人，67名军团长中的60人，199名师长中的136人全都被一一处决。共有35000名红军各级优秀指挥员被镇压。至此，前苏联红军元气大伤！希特勒为进攻前苏联打下了一定的削弱对方力量的基础。