На следствии, очной ставке и суде Бухарин отзывался о Варваре Николаевне с уважением. Он понимал, как дались ей показания против него, и жалел ее. Яковлева, наоборот, говорила о Николае Ивановиче нелестные вещи, с обидой, давая понять, что именно по его вине она оказалась на скамье подсудимых.
14 мая 1938 года Военная коллегия Верховного суда СССР вынесла Яковлевой приговор. В нем говорилось, что она являлась руководителем антисоветской троцкистской организации в системе Наркомфина РСФСР, что в 1934 году она получила от Троцкого из-за границы директиву и проводила вредительскую деятельность в области финансирования народного хозяйства. В приговоре упоминалось также о ее участии в 1918 году в группе левых коммунистов, в 1920– 1921 гг. в буферной группе, в 1923–1927 гг. в руководящем ядре троцкистского центра.
Яковлеву Варвару Николаевну приговорили к тюремному заключению сроком на двадцать лет, с поражением политических прав на пять лет и с конфискацией всего лично ей принадлежащего имущества.
Приговор был окончательным и обжалованию не подлежал.
Основанием для принятия такого решения послужили показания сослуживцев по народному комиссариату РСФСР (А. С. Бубновой, А. В. Крыленко, И. В. Вяхирева и др.), лиц, проходивших по другим делам (А. А. Поляковой, А. В. Каменского и др.) и ее собственные.
Отбывать наказание Яковлевой пришлось в Орловской тюрьме. Это место лишения свободы до 1917 года называлось Орловский каторжный централ. Туда, как правило, направляли осужденных по политическим делам. Орловский каторжный централ отличался от других тюрем тем, что имел в числе прочих зданий крепостной корпус с содержанием заключенных. Как и любая другая тюрьма, Орловский централ славился ужасными условиями: плохое питание, избиения и стукачество.
Положение заключенной Яковлевой усугублялось и тем, что Варвара Николаевна якобы проводила в Орловской тюрьме антисоветскую агитацию, распространяя клеветнические измышления о мероприятиях ВКП(б) и советского правительства. В связи с этим Яковлеву приговорили к расстрелу 8 сентября 1941 года. 11 сентября ее расстреляли в Медведевском лесу близ Орла.
Но судьба жертвы рокового времени на этом не закончилась. В 1955 году некая В. В. Полякова заявила, что в 1937 году оговорила Яковлеву по принуждению следователя. Отбывая наказание в Орловской тюрьме, Полякова встречалась с Яковлевой, и та рассказывала о том, что в ходе следствия оговорила себя и других людей после применения к ней незаконных методов ведения следствия.
В феврале 1958 года по определению Военной коллегии Верховного суда СССР дело в отношении Варвары Николаевны Яковлевой было пересмотрено. Дополнительная следственная комиссия установила, что все упомянутые лица, проходившие по «антисоветскому блоку», никаких преступлений не совершали и были репрессированы необоснованно. Дела на них были прекращены за отсутствием состава преступления. 27 февраля 1958 года Военная коллегия Верховного суда СССР отменила приговоры от 14 мая 1938 года и от 8 сентября 1941 года, вынесенные Яковлевой, закрыв дело по причине, указанной выше.