После убийства Шухевича оперативники активизировали операцию по внутрикамерной разработке Дарьи Гусяк. Её соседка по камере (внутрикамерный агент) передала Дарье от «живого», но арестованного и дающего показания Шухевича записку с советом не сопротивляться на следствии. На очередном допросе ей предъявили «протокол» допроса Шухевича, в котором речь шла о его аресте во Львове на квартире врача Чернецкого, а также золотые часы Шухевича и его пистолет. Ей показали ещё одну адресованную ей и якобы перехваченную чекистами записку от Шухевича, в которой он писал: «Наша справа провалена. Не чини опір, бережи себе. Я звільняю тебе від присяги». При этом Д. Гусяк хорошо кормили, чтобы, по словам самой «Дарки», она быстрее поправилась.

Эта комбинация заставила Д. Гусяк поверить в то, что Шухевич жив и даёт показания на следствии, и она стала давать показания. Так, «Дарка» рассказала, что она по фиктивному паспорту в январе 1950 г. посетила Москву, где по заданию Шухевича выяснила адрес американского посольства (ул. Моховая, 15), куда тот собирался послать человека для переговоров с американцами. Она также показала, что подполье ОУН было заинтересовано в распространении своего влияния в восточных областях Украины. Шухевич считал работу на востоке одной из «главных задач ОУН», и с этой целью направил туда Ольгу Илькив («Роксоляну»). Гусяк рассказала, что до отъезда в восточные области Украины О. Илькив скрывалась в Дрогобычской области у своей матери. Однако внутрикамерному агенту она сообщила, что «Роксоляна» сейчас во Львове и вскоре должна появиться на явочной квартире по ул. Щорса, 8, у дворника этого дома.

Сотрудники МГБ задержали дворника. Во время допроса он опознал на предъявленных фотографиях «Роксоляну» и «Дарку» и сообщил, что «Роксоляна» должна посетить его на следующий день. Дворник был завербован под псевдонимом «Старый», в его квартире под видом приезжих поселились два оперативных сотрудника, а за квартирой установили круглосуточное наблюдение. 14 марта в 15 часов «наружка» зафиксировала, что в квартиру «Старого», соблюдая меры безопасности, вошла неизвестная женщина. «Старый» подал условный знак оперативникам, а «Роксоляна», увидев в квартире посторонних, вышла из дома. Её задержали и доставили в управление МГБ. При обыске у «Роксоляны» изъяли фиктивные документы на имя Софии Яцях, две ампулы с ядом и переписку.

На допросах О. Илькив призналась, что в 1947 г. она вместе с матерью содержала конспиративную квартиру Шухевича в селе Княгиничи и как личная связная выполняла его задания.

Учитывая, что «Роксоляна» на допросах старалась скрыть и преуменьшить свою работу в подполье, была разработана операция по её внутрикамерной разработке через агента «Любу». Чекисты провели с Илькив такую же комбинацию, как и с Дарьей Гусяк, и через «Ольгу» получили её записку матери, которая скрывалась в селе Чёрный Остров Ново-Стрелищанского района Дрогобычской области. В записке Ольга предупреждала, чтобы мать уничтожила все компрометирующие её документы и сообщила через боевика Шухевичу о провалах во Львове и её аресте.

На основе полученных данных чекисты арестовали Розалию Илькив — мать Ольги, изъяли документы, в том числе и письмо-инструкцию Шухевича. Илькив подтвердила свою связь с Шухевичем и назвала ряд конспиративных квартир во Львове. Она сообщила, что в конце 1949 г. — начале 1950 г. несколько раз встречалась с Г. Дидык для получения от неё указаний о проведении националистической работы на востоке, и должна была туда выехать в марте 1950 г., для чего Дидык передала ей 5 тыс. рублей.

По показаниям Д. Гусяк и Г. Дидык, в с. Мшаны Львовской области был установлен и арестован священник УГКЦ Н. Хмелевский, назначенный после ареста митрополита И. Слепого руководителем нелегальной греко-католической церкви. Во время обыска у него нашли переписку с Шухевичем и листовки, которые он писал под псевдонимом «Аксиос». По данным, полученным от Дидык, чекисты установили во Львове на ул. Мариупольской, 22 ещё одну конспиративную квартиру Шухевича, которую содержала М. Угрин. 27 апреля 1950 г. в квартире М. Угрин оперативники провели обыск и обнаружили капитально оборудованный бункер, из которого через замаскированный вход можно было попасть в ещё один бункер. Во время обыска в бункере был обнаружен военный референт Краевого провода ОУН «Подолье» Г. Голяш («Бей»). При задержании Голяш оказал вооружённое сопротивление, был ранен и пытался покончить жизнь самоубийством, выстрелив в себя. Он был задержан, но, находясь в тюрьме, выбросился из окна и погиб.

Для ареста связных и активистов ОУН чекисты использовали обнаруженные при ликвидации Шухевича записи. Так была установлена и арестована последняя из оставшихся на свободе связных Шухевича Галина Голояд («Марта»).

Детали её ареста изложены в сообщении руководителя УМГБ по Львовской области министру госбезопасности УССР генерал-лейтенанту Н.К. Ковальчуку: «При ликвидации члена Центрального "провода" ОУН — ШУХЕВИЧА Романа, была изъята его личная переписка, во время разбора которой обнаружена запись, в которой указывалось, что 6 или 11 мая в гор. Львове на западной стороне улицы Задворнянской (Сталинградской) в 18.00 должна состояться встреча его связной со связной одного из руководителей оуновского подполья, имеющего цифровой псевдоним № 1648 по паролю: "Де тут есть зализный склеп". Ответ: "Тут нема зализного склепа, тильки цукорня". На встречу должна была выйти женщина в синем платке с соломенной корзиной в левой руке. Проводя мероприятия, согласно утверждённому плану, в район встречи была направлена агентурно-боевая группа "ТАЙФУН", под руководством оперуполномоченного 1 отделения отдела 2-Н лейтенанта ЧИНГИЛЯН. В 10.00 утра 6 мая в районе предполагаемой встречи появилась женщина с указанными выше приметами, оказавшаяся ГОЛОЯД Галиной, по кличке "МАРТА". Последняя, будучи опознана агентами боевиками "МАЛЫМ" и "БЫСТРЫМ", была снята вместе с сопровождающим её двоюродным братом — ГОЛОЯД Игорем Мирославовичем, 1935 г. рождения, и оба доставлены в Управление МГБ Львовской области». При обыске у «Марты» изъяли документы члена Центрального провода и референта пропаганды ОУН П. Полтавы («Севера»).

После убийства Шухевича политическим руководством и МГБ Украины было принято решение о его тайном захоронении. По воспоминаниям бывшего офицера МГБ, участвовавшего в операции по захвату Шухевича, 9 марта 1950 г. был получен приказ вывезти тело генерала «Тараса Чупрынки» — Романа Шухевича за пределы Западной Украины, сжечь, а пепел развеять. Что и было сделано на левом берегу реки Збруч, близ с. Гукив Черемовецкого района Хмельницкой области. По данным Службы безопасности Украины, останки Шухевича после сожжения были сброшены в реку.

Заместитель председателя Украинского института национальной памяти Дмитрий Веденеев утверждает, что «…останки лидеров подполья пытались тщательно уничтожить». Так, из акта уничтожения тела члена Провода ОУН Романа Кравчука («Петра») (оперативное дело «Бегемот»): «После завершения процедуры установления личности погибшего, его останки с соблюдением строгой конспирации вывезли на машине с дровами и запасом бензина за 300 км в отдалённый лесной массив Житомирщины. После тщательной кремации тела прах собрали, измельчили, развеяли, а место кремации закамуфлировали под стоянку туристов».