В одной камере с Николаевым постоянно находились сотрудники НКВД, получившие указание фиксировать все его высказывания. 4 декабря один из них, А. И. Кацафа, сообщил в своем рапорте, что Николаев во сне якобы произнёс:

В начале 20-х годов Николаев некоторое время работал управделами Выборгского райкома комсомола в Ленинграде. И. И. Котолынов был в это время ответственным секретарем того же райкома, а Н. Н. Шатский — одним из его членов. За принадлежность к оппозиции оба они в дальнейшем исключались из партии, но Котолынов был позднее в ней восстановлен, а Шатский — нет. С Николаевым они с тех пор практически не виделись. Правда, в августе 1934 г. Николаев случайно встретил Шатского на улице, в разговоре тот жаловался на свое тяжелое материальное положение и оторванность от партии.

Неизвестно, что приснилось Николаеву и действительно ли он произнес во сне эти странные слова, но за них ухватились. И хотя допрошенный наутро Николаев отверг попытки следователей приписать Котолынову и Шатскому роль его сообщников, за эту ниточку решили потянуть. В тот же день руководивший следствием первый заместитель наркома внутренних дел СССР Я. С. Агранов телеграфировал Сталину:

5 декабря Николаев все еще отбивался от попыток следователей навязать ему сообщников, заявляя, что «хотел быть по своим убеждениям единственным исполнителем террористического акта над Кировым». Однако в его показаниях появляются уже и новые нотки. В ответ на вопрос, участвовал ли Котолынов в подготовке теракта над Кировым, последовал вдруг такой ответ:

Нужно, конечно, учитывать, что приведенная цитата взята не из стенограммы, а из тщательно отредактированных и подправленных протоколов допросов, в которых иногда мало что оставалось от реальных показаний арестованных. Но, вероятно, что-то, хотя бы отдаленно напоминающее записанные в данном протоколе слова, Николаев и в самом деле произнес. Из этого можно сделать вывод, что к тому времени он практически уже готов был сделать «признания», необходимые чекистам для отработки версии заговора.

Так и случилось. На следующий день, 6 декабря, от него удается, наконец, получить показания, подтверждающие, что Котолынов и Шатский были его соучастниками. При этом Шатский якобы готовил покушение на Кирова в районе его квартиры на улице Красных Зорь, а кроме того, намеревался организовать покушение на Сталина в Москве. Что касается Котолынова, то при их последней встрече, якобы состоявшейся в начале ноября 1934 года, он выражал намерение оказать содействие Шатскому в осуществлении его планов по поводу Кирова и, помимо этого, самостоятельно занимался подготовкой теракта над Сталиным.

Кроме того, Николаев назвал еще трех человек, будто бы причастных к совершенному им убийству: секретаря Выборгского райсовета В. В. Румянцева (в прошлом — активного деятеля зиновьевской оппозиции), слушателя военно-морской академии РККА Г. В. Соколова и студента второго курса Ленинградской промышленной академии И. Г. Юскина. Последние двое являлись личными знакомыми Николаева, в частности, Юскин был женат на подруге детства его сестры.

В этой группе наиболее ценным приобретением для следствия оказался Г. В. Соколов, от которого на первом же допросе удалось получить весьма перспективные сведения. В докладной записке Сталину от 7 декабря 1934 г. Я. С. Агранов сообщал, что Соколов назвал фамилии семерых бывших участников зиновьевской оппозиции, работавших вместе с ним и Николаевым в Выборгском районе Ленинграда.

В последующие дни все названные Соколовым лица были арестованы.

И в этот момент, когда основные трудности были, казалось, уже позади, все возводимое следствием здание внезапно начало рушиться. Терзаясь угрызениями совести из-за того, что ему пришлось оговорить невиновных людей, Николаев 7 декабря 1934 года отрекся от сделанных им «признаний», объявил голодовку, отказался идти на допрос (его пришлось доставлять туда силой) и попытался покончить жизнь самоубийством. 8 декабря он снова попытался покончить с собой и едва не выбросился из окна, но его успели остановить. В результате вся проделанная работа была поставлена под вопрос, поскольку без показаний главного обвиняемого доказать существование стоящей за ним контрреволюционной организации было практически невозможно.

Оставался, правда, еще один вариант, ранее рассматривавшийся как вспомогательный, но теперь, в новых условиях, выдвигающийся на первый план. В записной книжке Николаева были обнаружены телефоны латвийского и германского консульств в Ленинграде. Из его путаных объяснений по этому поводу рисовалась примерно такая картина. В сентябре 1934 г., обдумывая свое ухудшающееся по причине отсутствия работы материальное положение (семья из четырех человек уже полгода жила только на зарплату жены), Николаев разработал план, позволяющий, как ему казалось, решить, хотя бы на время, его финансовые проблемы. Попросив жену (латышку по национальности) достать у родственников паспорт ее деда, он с этим паспортом отправился в латвийское консульство. Будучи принят консулом, Николаев, стараясь казаться латышом и говоря на ломаном русском языке, сообщил, что несколько лет назад у него в Риге умер отец (чье латвийское гражданство должен был подтвердить принесенный паспорт), после которого осталось наследство. На его получение должно уйти какое-то время, а пока он хотел бы получить от консульства материальную помощь, которую сразу же вернет, как только вступит в права наследования.