В 1926 году на китайской территории Анненков с одним из своих приближенных заманен в ловушку чекистов при помощи союзных им местных китайских генералов, захвачен в гостинице китайского города Калган и вывезен в пределы Советского Союза. Операцию курировал лично глава КРО ГПУ Артузов, это была совместная акция чекистской разведки и контрразведки, а саму группу захвата на территории Китая возглавлял Примаков, действовавший здесь под китайским псевдонимом Лин. Сами обстоятельства захвата Анненкова и его заместителя полковника Денисова на китайской территории группой Примакова остаются туманными для историков. То ли их тайно арестовали некие просоветские китайцы и передали Примакову для вывоза через границу, то ли это сделали наемные китайские бандиты хунхузы, то ли сами чекисты выкрали их из номера гостиницы, но в любом случае Анненков и Денисов оказались незаконно похищены и доставлены в Советский Союз. Обычно «сдавшим» Анненкова советской разведке называют местного китайского царька Фэн Юйсяна, к которому Анненков со своими казаками прибыл наниматься на службу и который искал тогда сближения с Москвой, поскольку командовал здесь гоминьдановской Первой народно-революционной армией. Чекистская спецгруппа во главе с сотрудником ГПУ Лихаревым вроде бы вывезла Анненкова через Монголию и Кяхту в советские пределы, откуда его поездом этапировали в Москву. После долгого следствия Анненков предстал за прошлые грехи перед советским судом в Семипалатинске, что не удалось сделать с Дутовым, был приговорен к смертной казни и в 1927 году казнен в Новосибирске.
Историей с похищением атамана Анненкова тщательно занимался Иван Серебренников, ранее эсер и министр снабжения в правительстве Колчака, после своего бегства в Харбин в чехословацком эшелоне с документами чешского солдата ставший в Китае своего рода летописцем белой эмиграции 20 – 40-х годов в этой стране. В своем известном исследовании «Великий отход» о белой эмиграции на Дальнем Востоке Серебренников пишет, что уже тогда ГПУ распространяло ложь о том, что Анненков сам предпочел вернуться в Советский Союз в некоем раскаянии за свои злодеяния в годы Гражданской войны. Во что при близком знакомстве с фигурой Анненкова абсолютно невозможно поверить. Как пишет тот же Серебренников, под следствием чекистов Анненков вел себя очень достойно и даже дерзко, а перед расстрелом пожелал палачам из ГПУ «еще встретиться в бою с его солдатами».
Есть и альтернативные версии, что Анненков в эмиграции и после тюремного заключения у китайцев сдал, впал в депрессию и действительно подался к сменовеховцам, ратовавшим за признание Советов, на этом и попался на уговоры, поехал в Советский Союз добровольно, а здесь был обманут ГПУ и за прошлые грехи казнен. Но при близком знакомстве с личностью Анненкова и его роли в Белом движении, в том числе и в эмиграции,