Składał fałszywe zeznania przeciwko Kamieniewowi i Zinowiewowi, na prośbę swojego szefa, ludowego komisarza przemysłu ciężkiego Sergo Ordżonikidzego zgodził się współpracować z NKWD w zamian za obietnicę darowania życia.

W czasie procesu Piatakow zeznał, że spotkał się w Norwegii z Trockim. Po dementi Trockiego zarząd lotniska, na którym miał wylądować oświadczył, że w tym czasie nie lądował tam żaden samolot z ZSRR. Piatakow miał spotkać się z wysłannikiem Trockiego w hotelu w Kopenhadze – okazało się, że hotel o tej nazwie został kilka lat wcześniej zburzony. Mistyfikacja NKWD była oczywista. Prócz Piatakowa zostali skazani na śmierć: Leonid Sieriebriakow, Nikołaj Murałow i dziesięciu innych oskarżonych. Karol Radek (który jeszcze rok wcześniej na łamach gazety „Izwiestii” krytykował Trockiego i jego zwolenników) dostał 10 lat łagru (trzy lata później zabili go tam – według oficjalnej wersji – więźniowie kryminalni). Radek nie zginął od razu, gdyż na procesie demaskował innych rzekomych trockistów. Wyrok 10 lat otrzymał Grigorij Sokolnikow, również zamordowany w więzieniu w maju 1939.