«Доказательство» стремления к «народному возмущению» было получено, и Анна дала указание пытать Волынского. 22 мая его на полчаса подняли на дыбу; после восьми ударов кнутом он повинился во взятках, «зловымышленных словах» в адрес государыни и «применении» к ней текста Липсия о королеве Иоанне, — но ни в каком заговоре против императрицы не признался: «Такого злого своего намерения и умыслу, чтоб себя чрез что ни будь зделать государем, никогда он, Волынский, не имел и не смеет», о возможности же его потомков взойти на престол рассказывал только от страха, «боясь розыску, и такового умысла подлинно не имел».

Но было поздно — главный обвиняемый следователей больше не интересовал. На две недели Волынского оставили в покое, а 7 июня вновь привели в застенок, где Ушаков и Неплюев в присутствии заплечных мастеров объявили, что показаниями «сообщников» он полностью «изобличён», и в последний раз предложили сказать правду о «злодейственных намерениях». Артемий Петрович опять признался во взятках, «противных указам поступках», «бессовестных и зловымышленных словах», даже в том, что хвалил «польское житие» и «причитал себя» к царскому дому — но, как и раньше, говорил: «Умысла, чтоб высочайшую власть взять и самого себя зделать государем или какое возмущение учинить, не имел». На этот раз он выдержал 18 ударов кнутом, но не признался ни в чём, кроме уже сказанного, и заявил, что «в том умереть готов».

Девятого июня Анна Иоанновна повелела следствие «более розысками не производить» и подготовить «изображение о винах» преступников. Спустя неделю «экстракт» дела был передан императрице. Следственная комиссия перечислила «вины» Волынского: «питал на её величество злобу», «отзывался с поношением о высочайшей фамилии», «сочинил разныя злодейския разсуждения и проект», «имел с своими сообщниками злодейские речи касательно супружества государыни принцессы Анны», «старался в высочайшей фамилии поселить раздор», «причитался к оной свойством» и т. д. Но обвинение в якобы готовившемся захвате власти пристрастное следствие так и не смогло доказать.

Императрица, похоже, колебалась: Волынский, безусловно, заслужил опалу; но как допустить на юбилейном, десятом году царствования позорную казнь толкового министра? Но в конце концов она решилась. 19 июня следственная «бригада» была преобразована в суд. Под началом фельдмаршала И.Ю. Трубецкого состояли генерал-прокурор Н.Ю. Трубецкой, кабинет-министр А.М. Черкасский, обер-шталмейстер А.Б. Куракин, генералы Г.П. Чернышёв и А.И. Ушаков, генерал-лейтенанты В.Ф. Салтыков, М.И. Хрущов и С.Л. Игнатьев, тайные советники И.И. Неплюев, Ф.В. Наумов, А.Л. Нарышкин, В.Я. Новосильцев и ещё несколько чиновников, генералов и майоров гвардии.

Судьи принадлежали к тому же кругу, что и подсудимые; хорошо их знали и потому сами могли быть обвинены в содействии или сочувствии им — не случайно Анну Иоанновну интересовали связи Волынского с вельможами на предмет выявления «партии» изменника. 28 мая императрица лично беседовала с князем Черкасским и «слушала» в «адмиралтейском доме» допросы генерал-прокурора Трубецкого и президента Коммерц-коллегии сенатора графа Платона Мусина-Пушкина. Князь Черкасский убедительно «во всём запирался» и был от дальнейших допросов освобождён, а для графа «слушания» завершились арестом. С Трубецким государыня ещё раз побеседовала 4 июня (Волынский показал, что читал книгу Липсия вместе с ним) и только тогда распорядилась князя «более не следовать». Генерал-прокурор Трубецкой с негодованием отверг саму возможность чтения им каких-либо книг; в молодости, при Петре I, он «видал много и читывал, токмо о каковых материях, сказать того ныне за многопрошедшим времянем возможности нет»; разговоры же с Волынским всегда вращались вокруг нескольких тем: «х кому отмена и кто в милости» у императрицы, о ссорах Волынского с другими сановниками, о назначениях.

Пятого июня Анна Иоанновна приказала допросить сенатора В.Я. Новосильцева. Тот в письменных показаниях поведал, что в дом министра «езживал для искания в нём, Волынском» и в конце декабря 1739 года хозяин показал ему проект, «чтоб Сенат умножить, понеже кабинет министры о умножении Сената не радят и не желают, тако ж и армии некоторую часть убавлял, а протчие полки назначил поставить по границам, и чтоб завесть школы и в попы производить из учёных людей». Он признал, что предисловие к проекту написано «с явным предосуждением и укоризною прошедшего и настоящего в государстве управления», но оправдывался, что донести не мог, поскольку разговаривал с Волынским «наодин». Сенатор покаялся: «Будучи де при делах в Сенате и в других местах, взятки он, Новосильцев, брал сахор, кофе, рыбу, виноградное вино, а на сколько всего по цене им прибрано было, того ныне сметить ему не можно. А деньгами де и вещьми ни за что во взяток и в подарок он, Новосильцев, ни с кого не бирывал», — однако там же указал, что от симбирских купцов (которые наведывались и к Волынскому) принял «анкерок» вина, двух лошадей, по четыре аршина зелёного сукна и серебряной парчи «да два осетра и белуга да пол теши матёрой», что, с его точки зрения, «взятком» считать не стоило.

Анна Иоанновна поверила в политическую невиновность обоих, но Новосильцеву выговор всё же объявила — не за взятки, а как раз за чтение: «…видя такой противной проэкт и слыша предерзостные оного Волынского разсуждения, не доносил». Обоим после допросов дали возможность оправдать монаршее доверие — сделали судьями по делу их недавнего собеседника.

Двадцатого июня был вынесен приговор: за «безбожные, злодейственные, государственные тяжкие вины Артемья Волынского, яко начинателя всего того злого дела, вырезав язык, живого посадить на кол; Андрея Хрушова, Петра Еропкина, Платона Мусина Пушкина, Фёдора Соймонова четвертовав, Ивана Эйхлера колесовав, отсечь головы, а Ивану Суде отсечь голову и движимые и недвижимые их имения конфисковать». Многими руководил страх. Зять Волынского сенатор Александр Нарышкин после суда сел в экипаж и потерял сознание, а «ночью бредил и кричал, что он изверг, что он приговорил невиновных, приговорил своего брата». Другой член суда Пётр Шипов признался: «…мы отлично знали, что они все невиновны, но что поделать? Лучше подписать, чем самому быть посаженным на кол или четвертованным».

Великодушная императрица пожелала «жестокие казни им облегчить»: Волынскому отсечь правую руку и голову, а его главным помощникам Хрущову и Еропкину — только головы; прочим же была дарована жизнь — их ждали кнут и ссылка «на вечное житьё» на окраины империи. Легче всех был наказан Мусин-Пушкин — всего лишь «урезанием» языка и ссылкой в монастырь. Сразу же по конфирмации приговора его сообщили главному преступнику.

Волынский держался стойко: караульному офицеру пересказал приснившийся ему накануне вещий сон, будто исповедовать его явился незнакомый священник. Потом министр признался: «По винам моим я напред сего смерти себе просил, а как смерть объявлена, так не хочется умирать». С приходившим священником он беседовал о жизни и даже шутил — рассказал анекдот, как один духовник, исповедовавший девушку, «стал целовать и держать за груди, и та де девка, как честная, выбежала от него вон». Но даже перед лицом смерти он не простил обиды давно покойному канцлеру Головкину и грозил «судиться с ним» на том свете. 25 июня он позвал к себе Ушакова и Неплюева, покаялся «в мерзких словах и в продерзостных и в непорядочных и противных своих поступках и сочинениях» и попросил избавить его от позорного четвертования и не оставить в беде детей…