Особенно зловещую роль сыграл Каганович в годы массовых репрессий 1935–1939 годов. С санкции Кагановича были арестованы по обвинению в контрреволюционной и вредительской деятельности многие ответственные и рядовые работники железнодорожного транспорта и тяжелой промышленности, которые затем по сфальсифицированным материалам были осуждены к высшей мере наказания и длительным срокам тюремного заключения. Подлинные письма и санкции Кагановича на арест 1587 работников железнодорожного транспорта, репрессированных в 1937–1939 годах, составляют 5 томов. Как видно из переписки Кагановича с НКВД СССР, он в одних случаях санкционировал аресты лиц, на которых ему представлялись компрометирующие материалы, а в других сам выступал инициатором арестов.
Для организации массовых репрессий Каганович выезжал в Челябинскую, Ярославскую, Ивановскую области, Донбасс. Сразу же по приезде в Иванове он дал телеграмму Сталину: «Первое ознакомление с материалами показывает, что необходимо немедленно арестовать секретаря обкома Епанечникова, необходимо также арестовать заведующего отделом пропаганды обкома Михайлова. Когда на пленуме обкома секретарь Ивановского горкома А. А. Васильев усомнился во вражеской деятельности арестованных работников областного комитета партии, Каганович потребовал исключения его из партии и дал указание об аресте. Таким же образом он действовал и в других областных организациях, куда направлялся для расширения массовых репрессий. После его поездки в Иванове только с санкции членов Политбюро ЦК ВКП(б) было репрессировано 297 человек.
А. А. Жданов, длительное время фактически выполняя обязанности второго секретаря ЦК ВКП(б), несет прямую ответственность за организацию массовых репрессий. В сентябре 1936 года он вместе со Сталиным в телеграмме, адресованной Политбюро, требовал усиления репрессий. По их предложению НКВД возглавил Ежов. Жданов повинен в организации расправ с партийным и советским активом ряда местных партийных организаций, и в первую очередь ленинградской. В 1935–1940 годах в Ленинграде было репрессировано 68 тысяч 88 человек. Только по спискам, лично подписанным Ждановым, было репрессировано 879 ленинградцев.
Для расширения массовых репрессий Жданов выезжал в Башкирскую, Татарскую и Оренбургскую партийные организации. В Оренбургской области за пять месяцев (с апреля по сентябрь 1937 года) было репрессировано 3655 человек, из них половина приговорена к высшей мере наказания. И тем не менее Жданов, прибыв в начале сентября 1937 года в Оренбург, нашел эти репрессии недостаточными. По его телеграмме Сталину был арестован первый секретарь обкома Митрофанов, затем последовали многочисленные аресты в Оренбурге и области, и только по спискам НКВД, которые рассматривались в Политбюро после поездки Жданова, было репрессировано еще 598 человек.
После поездки Жданова в Башкирию были арестованы первый и второй секретари обкома, по спискам НКВД в Политбюро было репрессировано 342 человека из числа партийного и советского актива. После «чистки», осуществленной Ждановым в Татарской парторганизации, было арестовано 232 человека, и почти все они были расстреляны.
Активную роль сыграл Жданов в расправе над руководством ЦК комсомола в 1938 году. Выступая от имени Политбюро, он охарактеризовал секретарей ЦК комсомола как «предателей родины, террористов, шпионов, фашистов, политически прогнивших насквозь врагов народа, проводивших вражескую линию в комсомоле, как контрреволюционную банду». В его редакции была принята резолюция пленума, подтвердившая эти оценки.
Жданов был одним из организаторов августовской (1948 год) сессии ВАСХНИЛ. В докладной записке на имя Сталина от 10 июля 1948 года им были сформулированы те предложения, которые легли в основу решения сессии и положили начало травле большой группы ученых-биологов. Жданов был инициатором преследований и гонений многих представителей советской художественной культуры и науки.
Активное участие в организации репрессий принял К. Е. Ворошилов. С его санкции было организовано уничтожение кадров высших военачальников и политических работников Красной Армии. В 30-е годы были уничтожены из 5 маршалов — 3, из 16 командармов первого и второго ранга — 15, из 67 комкоров — 60, из 199 комдивов — 136, из 4 флагманов флота — 4, из 6 флагманов первого ранга — 6, из 15 флагманов второго ранга — 9. Погибли все 17 армейских комиссаров первого и второго ранга, а также 25 из 29 корпусных комиссаров.
Ворошилов несет прямую ответственность за то, что в 1937–1939 годах по сфальсифицированным материалам были обвинены в участии в так называемом «военно-фашистском заговоре» многие видные деятели и командиры Красной Армии. В бытность его наркомом обороны в Красной Армии за 1936–1940 годы было репрессировано свыше 36 тысяч человек. В архиве КГБ выявлено свыше 300 санкций Ворошилова на арест видных военачальников Красной Армии. Запросы и справки НКВД СССР, направленные в 1937–1938 годах на имя Ворошилова о санкционировании арестов и увольнений из армии командного состава РККА в связи с раскрытием «военно-фашистского заговора», составляют 60 томов. В ряде случаев Ворошилов сам был инициатором арестов и репрессий видных командиров Красной Армии, в том числе Федько (его первый заместитель), Орлова (командующий ВМС), Смирнов (нарком ВМФ).