Гумилева обвиняли по статьям 58–10 (контрреволюционная пропаганда и агитация) и 58–11 (организационная контрреволюционная деятельность). Но расколоть его сразу не удалось. Первый допрос следователь Филимонов провел сразу после ареста, но Гумилев ни в чем не признался, психологические методы уже не действовали на него: опыт 1935-го не прошел даром. Тогда 2 апреля 1939 года Гумилева передали в руки сержанта Бархударьяна, оперуполномоченного 8-го отделения 4-го отдела Управления НКВД по Ленинградской области.
Михаил Петрович Фриновский, первый заместитель наркома Ежова, непосредственно руководивший операцией «по репрессированию бывших кулаков, уголовников и других антисоветских элементов», уже после своего ареста пояснял, что террор создал особый тип «следователя-колольщика». Такой следователь мог обойтись вовсе без агентурных данных.
Айрат Карпович Бархударьян, самый страшный следователь в жизни Гумилева, как раз и был таким «колольщиком». В его задачу входило выбить из Гумилева показания. Сержант выбивал их почти три месяца.
Лев Николаевич вспоминал, что Бархударьян «бил краем ладони по шейным нервным окончаниям. Он, видимо, знал, что именно в этой области расположен нерв френикус, напрямую связанный с деятельностью полушарий головного мозга». Кроме того, Бархударьян бил «палкой по… сонной артерии». В конце концов 21 июня 1939 года Гумилев под пыткой подписал протокол, составленный, очевидно, самим Бархударьяном. Там было признание во всём: в руководстве антисоветской молодежной организацией, в контрреволюционной агитации (чтение стихотворения Мандельштама о «кремлевском горце»), в подготовке покушения на товарища Жданова. Здесь же Гумилева заставили дать показания и на мать: «Я всегда воспитывался в духе ненависти к ВКП(б) и Советскому правительству. <…> Этот озлобленный контрреволюционный дух всегда поддерживала моя мать – Ахматова Анна Андреевна, которая своим антисоветским поведением еще больше воспитывала и направляла меня на путь контрреволюции. <…> Ахматова неоднократно мне говорила, что, если я хочу быть до конца ее сыном, я должен быть сыном моего отца Гумилева Николая. <…> Этим она хотела сказать, чтобы я все свои действия направлял на борьбу против ВКП(б) и Советского правительства». Затем последовало несколько очных ставок, в том числе и с Орестом Высотским, которого арестовали в апреле 1938-го.
В конце августа сознавшихся студентов перевели в знаменитую тюрьму «Кресты», где они в ночь с 26 на 27 сентября 1938 года оказались в одной камере.