Этот процесс послужил началом целой серии судебных дел, в ходе которых власть изобличала и наказывала неугодных ей членов партии и государственных служащих. Таким образом, из партийных и политических рядов вычищали оппозицию, нарушавшую стройность и управляемость властной вертикали.
Помимо повышения партийной дисциплины, советское руководство взялось за массовую проверку работы силовых ведомств. Убийство Кирова давало к этому удобный повод. Практически сразу после трагедии подозрения в причастности к ней стали падать на сотрудников правоохранительной системы. В деле появились странные обстоятельства, которые косвенно указывали на возможную вовлеченность в преступление работников НКВД. В частности, казалось загадкой, как Николаев проник в тщательно охраняемый Смольный с оружием — якобы это могло свидетельствовать о заведомом содействии ему охранной службы. В действительности же проход в Смольный не был особенно сложным для члена партии и бывшего служащего Смольного, а для ношения оружия достаточно было иметь разрешение.
Выяснилось, что за полтора месяца до убийства Николаева задержали сотрудники оперативной группы ленинградского НКВД по негласной охране Кирова, но после непродолжительной проверки отпустили. 15 октября 1934 года во время пешего следования Кирова в компании своего заместителя М. С. Чудова из Смольного к дому на улице Красных Зорь (ныне Каменностровский проспект), где проживал Киров, охрана заметила подозрительного человека. Как следует из протокола допроса оперативного комиссара, производившего задержание,
В ходе допроса начальник отделения ленинградского НКВД М. И. Котомин рассказал о действиях, которые он предпринял в рамках проверки личности задержанного:
Еще одним обстоятельством, бросившим тень на ленинградский НКВД, стала небрежность Борисова, охранника Кирова в тот злосчастный день. Борисов в коридоре Смольного отстал от подопечного на два десятка шагов, и из-за этого, когда Киров повернул за угол, не видел нападения и не мог его предотвратить. Такая невнимательность могла объясняться пожеланиями Кирова к охране НКВД держаться поодаль, дабы не стеснять его своим присутствием. Но внезапная смерть Борисова на следующий день после убийства Кирова поставила следователей в тупик.
Описание этого происшествия привел в своих показаниях очевидец событий — постовой милиционер И. В. Крутиков:
«Сегодня, 2-го декабря, приблизительно в 10 час. утра по ул. Воинова по направлению от пр. Володарского к дворцу Урицкого шла грузовая машина, полуторатонка. Рядом с шофером сидел военный, а на правом и левом борту сидели два гражданина, одетые в штатском. Машина шла с нормальной скоростью. Регулировщик пропустил ее через пр. Чернышевского, и после того, как она этот проспект пересекла, пройдя примерно 10 метров, машина свернула налево к трамвайному пути, пройдя так примерно 10 метров, она повернула направо по направлению к тротуару, въехала на тротуар, идя по косой линии, и когда машина должна была удариться в стенку дома, она оказалась параллельно стене дома и прошла вдоль стены около 5 метров, оставив царапины на стене. В этот момент гр-н, сидевший на правом борту, ударился правым виском о стенку дома и сразу же потерял сознание. Сидевший на левом борту, остался невредим. Когда машина остановилась, из нее невредимыми вышли шофер и военный.»
Выяснилось, что в этот день по приказу начальника 3-го отделения оперативного отдела ГУГБ НКВД по Ленинградской области П. А. Хвиюзова сотрудники Д. З. Малий и Н. И. Виноградов должны были доставить Борисова в Смольный. Ввиду отсутствия легкового автомобиля им пришлось взять грузовую машину. Борисов и конвоир Виноградов расположились на бортах машины, оперуполномоченный Малий сел в кабину рядом с водителем. Как показала экспертиза, грузовик имел дефект рулевого механизма, из-за которого водитель мог потерять управление. Машина сделала зигзаг и прошла по касательной вдоль фасада одного из домов. Сидевший на правом борту Борисов ударился головой о водосточную трубу, от чего скончался на месте. Такая картина сложилась по результатам первичных допросов и проведенных экспертиз.
Следователей, однако, насторожила гибель Борисова, который днем ранее сопровождал Кирова в Смольном и не смог уберечь его от нападения. Общий контекст наталкивал на мысль о том, что автомобильная авария была спланирована, чтобы устранить главного свидетеля убийства Кирова. На допросах все участники происшествия придерживались версии о несчастном случае, но следователи заметили некоторые различия в деталях. Так, водитель говорил о спущенной покрышке как причине резкого поворота машины, в то время как его пассажир Малий указывал на неисправность рулевого механизма. Со слов последнего в момент аварии он якобы слышал, как водитель выкрикнул «рулевое управление». Далее водитель показал, что Малий хотел выскочить из машины, когда она стала неуправляемой и двигалась в стену, но водитель удержал его в кабине за шинель. Малий же указывал на то, что он пытался выпрыгнуть из машины уже после столкновения с фасадом дома.
Следователи напрямую высказывали оперуполномоченному мнение о предумышленной организации аварии:
Для следователей причастность обоих к гибели главного участника убийства Кирова лежала на поверхности. Ниточки этого происшествия тянулись к первому начальнику ленинградского НКВД Ф. Д. Медведю — именно по его требованию Хвиюзов приказал доставить Борисова в Смольный. Ввиду отсутствия явных доказательств (или, возможно, благодаря содействию высшего руководства НКВД) подозреваемые Малий, Кузин и Виноградов были в этот раз освобождены из-под ареста.
Через два с половиной года начался новый виток разбирательств. На допросе 16 июня 1937 года Кузин коренным образом изменил показания, объяснив дачу ложных сведений угрозами со стороны Малия, обещавшего повесить всю вину на водителя. 2 июля на очной ставке Кузин повторил новую версию случившегося:
Малий вину не признал, но следствие к тому времени уже активно разрабатывало обвинительное направление. Сразу после убийства Кирова многие руководители ленинградского НКВД были осуждены за халатное исполнение служебных обязанностей, выразившихся в непринятии необходимых мер по охране товарища Кирова и недостаточности принятых. В январе 1935 года на скамье подсудимых оказались начальник ленинградского управления НКВД Ф. Д. Медведь, первый заместитель начальника ленинградского управления НКВД И. В. Запорожец, второй заместитель начальника ленинградского управления НКВД Ф. Т. Фомин, начальник 1-го отделения Оперативного отдела УГБ ленинградского управления НКВД М. И. Котомин и другие. Они получили различные сроки заключения в концлагере и лишились высоких государственных должностей.
Уже в 1937 году работникам НКВД снова припомнили освобождение потенциального убийцы. Подобная халатность при выполнении служебных обязанностей стала основанием для возбуждения новых уголовных дел, и на этот раз наказание было гораздо более строгим. Многих приговорили к расстрелу, и эти приговоры приводились в исполнение незамедлительно.
Сотрудники НКВД стали частью политики повального уголовного преследования, развернувшейся после убийства Кирова. Волна расстрелов ожидаемо докатилась до столицы, в результате чего в расстрельные списки попали ранее неприкасаемые народный комиссар внутренних дел Г. Г. Ягода, его заместитель Я. С. Агранов, а также бывшие сторонники генеральной линии партии, утратившие доверие руководства: Н. И. Бухарин, А. И. Рыков и другие. В числе обвиняемых оказались многие рядовые члены партии, на которых так или иначе пало подозрение об участии в контрреволюционной деятельности. С каждым новым делом масштаб уголовного преследования увеличивался.
Репрессивная политика властей распространилась на другие группы населения: армию, органы государственной безопасности, бывших кулаков, членов антисоветских партий, семьи расстрелянных и приговоренных к другим мерам наказания. В результате пересмотра уголовных дел после смерти Сталина, начиная с 1953 года, многие из них были реабилитированы, но зачастую — посмертно. Так, в частности, произошло с 13 подсудимыми, чьи дела рассматривались в одном судебном процессе с делом Николаева. Сам Николаев как непосредственный убийца Кирова реабилитирован не был.
Дело об убийстве Кирова доследовалось еще несколько раз. После XX съезда Коммунистической партии Советского Союза (1956 год) Н. С. Хрущев создал особую комиссию под руководством председателя Комитета партийного контроля при ЦК КПСС Н. М. Шверника. Одной из целей комиссии были поиски фактов причастности к этому преступлению высшего руководства партии, в частности, непосредственно Сталина. Комиссия провела большую работу, но ее результаты так и не были опубликованы. Впоследствии, будучи уже на пенсии, Хрущев упомянул в воспоминаниях работу комиссии Шверника и высказался о главенствующей роли Сталина в убийстве его соратника:
«Комиссия при расследовании обстоятельств убийства Кирова просмотрела горы материалов и беседовала со многими людьми. При этом выявились новые факты. В то время в партии занимал видное место секретарь Северо-Кавказского краевого партийного комитета Шеболдаев. […] Как стало теперь известно, этот-то Шеболдаев, старый большевик с дореволюционным стажем, во время работы XVII съезда партии пришел к товарищу Кирову и сказал ему: «Мироныч (так называли Кирова близкие люди), старики поговаривают о том, чтобы возвратиться к завещанию Ленина и реализовать его, то есть передвинуть Сталина, как рекомендовал Ленин, на какой-нибудь другой пост, а на его место выдвинуть человека, который более терпимо относился бы к окружающим. Народ поговаривает, что хорошо бы выдвинуть тебя на пост Генерального секретаря Центрального Комитета партии». Содержание этого разговора дошло до комиссии Шверника, о чем она и доложила Президиуму ЦК. Что ответил на это Киров, я не знаю. Но стало известно, что Киров пошел к Сталину и рассказал об этом разговоре с Шеболдаевым. Сталин якобы ответил Кирову: «Спасибо, я тебе этого не забуду!» Вот заявление, характерное для Сталина: в этом «спасибо» нельзя понять, благодарит ли он Кирова за сообщение или же угрожает ему. Этот эпизод приоткрывает занавес над причиной, почему была организована затем мясорубка.»
В 1979 году бывший министр иностранных дел СССР В. М. Молотов заявил, что комиссия не обнаружила причастности Сталина к убийству Кирова, и именно поэтому Хрущев отказался публиковать результаты ее работы.