Видя, что запирательство бесполезно, Щепкин и Алферов дали показания, которые позволили чекистам арестовать других активных участников контрреволюционной организации. Оставленной в доме Щепкина засадой был также задержан инспектор Всевобуча П.М. Мартынов, у которого при обыске обнаружили зашифрованное письмо в штаб Юденича, а также адреса некоторых членов «Национального центра».
На допросе Мартынов сообщил, что «Национальный центр» непосредственно связан со «Штабом Добровольческой армии Московского района» — заговорщической белогвардейской организацией, считавшей себя частью деникинской армии. Участники этой организации были тщательно законспирированы. Мартынов их не знал. Но он располагал весьма ценной информацией — мятежники планируют во второй половине сентября поднять в Москве вооруженное восстание.
Кто возглавляет «Штаб Добровольческой армии Московского района»? Какие силы у контрреволюционеров? Кто сумел внедрить «штаб» в части Красной Армии? Все это предстояло выяснить Особому отделу МЧК и его руководителю Ефиму Георгиевичу Евдокимову.
Имея в руках сведения о белогвардейской агентуре в учебных заведениях Красной Армии, чекисты установили за подозреваемыми лицами тщательное наблюдение. Вскоре стало известно, что Миллер обратился в Реввоенсовет Республики с просьбой выделить ему для личного пользования мотоцикл с водителем. Узнав об этом, Феликс Эдмундович Дзержинский предложил Евдокимову внедрить к Миллеру под видом водителя сотрудника МЧК.
Вскоре Миллер разъезжал в коляске новенького мотоцикла, управлял которым водитель Кудеяр, числившийся в кадрах Особого отдела МЧК под фамилией Горячев. Он быстро вошел в доверие к своему начальнику, был безотказен, никогда не жаловался на усталость и переработку. Шофер много возил Миллера по Москве и пригородам, и ему стали хорошо известны все маршруты заговорщика. Чекист аккуратно фиксировал адреса, где ему приходилось бывать вместе с начальником артиллерийской школы, фамилии и приметы людей, с которыми он встречался. Таким образом Особым отделом МЧК были установлены личности многих участников заговора, явочные квартиры, тайники с оружием.
У чекистов было достаточно оснований для ареста участников заговора, что и предлагали сделать некоторые ответственные сотрудники МЧК. Однако Ефим Георгиевич, посоветовавшись с Ф.Э. Дзержинским и В.Н. Манцевым, пришел к выводу, что аресты в данный момент могут оказаться преждевременными. Это могло вспугнуть основных руководителей «Штаба Добровольческой армии Московского района», дать им возможность перегруппировать силы организации.
Военврач артиллерийской школы активно и сознательно помогал чекистам. Через него были установлены руководители белогвардейских организаций Ходынского, Замоскворецкого и других районов, стало известно, что центральный штаб заговорщиков собирается в квартире Ступина. Чекисты ознакомились с некоторыми документами штаба, в том числе и с заранее подготовленным воззванием «Штаба Добровольческой армии Московского района» к населению столицы с призывом не оказывать сопротивления деникинским войскам, ликвидировать коммунистов.
В конце концов ВЧК стали известны все главные силы, которыми располагал «Штаб Добровольческой армии Московского района». Они сосредоточивались, как и предполагал ранее В.Н. Манцев, в трех офицерских московских школах. Особый отдел ВЧК разработал во всех деталях план бескровного захвата противника. Операцией руководил особоуполномоченный Особого отдела ВЧК А.X. Артузов и начальник Особого отдела МЧК Е.Г. Евдокимов.
Артузов и Евдокимов хорошо изучили жизнь школ, распорядок дня их личного состава. Они обратили внимание на то, что командиры и слушатели артиллерийской школы регулярно в отведенные специально часы занимались гимнастикой. Вот и решено было использовать гимнастический урок для ареста офицеров-заговорщиков. Артузов попросил комиссара школы очередное занятие по гимнастике провести не во дворе, а в манеже. Первыми вошли в помещение офицеры. Как обычно, сложили оружие, разделясь, построились, но… урок не состоялся. У дверей манежа мгновенно были выставлены два пулемета. Заговорщики поняли, что сопротивление бесполезно, и по команде чекистов стали выходить на улицу.