Ввести правительство Надя в заблуждение относительно истинных намерений советского руководства предстояло Юрию Андропову. Один молодой советский дипломат в Будапеште позже вспоминал с восторгом, что Андропов первым «раскусил» Надя и ни на один миг не терял самообладания на всем протяжении разразившегося впоследствии кризиса: «Он был абсолютно спокоен, даже когда кругом свистели пули и когда все мы чувствовали себя в посольстве, как в осажденной крепости.» Рано утром 1 ноября Надю сообщили, что части Красной Армии пересекли венгерскую границу, в то время как другие советские части выходят из Будапешта. Андропов неоднократно заверял Надя, что вывод войск идет строго по плану, а те войска, которые были введены в Венгрию, будут только обеспечивать безопасность частей, которые выводятся. Надь объявил о выходе Венгрии из Организации Варшавского Договора, провозгласил венгерский нейтралитет и обратился в ООН с просьбой включить венгерский вопрос в повестку заседаний организации. На следующий день, 2 ноября, венгерское правительство заявило Советскому Союзу официальный протест по поводу повторного ввода советских войск и поставило в известность о происходящем ООН. Продолжая убеждать Надя, что вывод войск не прекращается, Андропов вместе с Кадаром тайно начал готовить заговор с целью свержения правительства Надя. Кадар наверняка действовал под нажимом: он еще не забыл, как сам сидел и подвергался пыткам с 1951 по 1954 год, к тому же Андропов пригрозил, что если он откажется сотрудничать, вернется Ракоши.

Позже, 3 ноября, министр обороны в правительстве Надя Пал Малетер был приглашен в штаб советских войск, чтобы обсудить окончательные детали вывода Красной Армии. В полночь, когда произносились тосты и поднимались бокалы, в кабинет, размахивая «маузером», ворвался Серов во главе группы офицеров КГБ. Он арестовал всю венгерскую делегацию и приказал, чтобы каждого из них заперли в отдельной камере. После нескольких инсценированных казней на рассвете следующего дня Малетер и каждый из его коллег были убеждены, что все остальные расстреляны. Незадолго до рассвета 4 ноября Красная Армия начала штурм. Чтобы максимально отсрочить ответную реакцию венгров, Андропов до последней минуты продолжал свой обманный маневр. Когда главнокомандующий венгерскими войсками позвонил премьер-министру и доложил о наступлении советских войск, Надь ответил ему: «У меня сейчас посол Андропов, он уверяет меня, что произошло какое-то недоразумение, Советское правительство не отдавало приказа о вторжении в Венгрию. Мы с послом пытаемся связаться с Москвой». Тем же утром Надь в последний раз обратился по радио к стране: «Сегодня на рассвете советские войска начали наступление на столицу, явно намереваясь свергнуть законное демократическое правительство Венгрии. Наши войска ведут бои. Правительство остается на своем посту. Я хочу, чтобы это знал венгерский народ и весь мир.»

В тот же день Надь и несколько его министров укрылись в югославском посольстве. Серов руководил арестом самых важных «контрреволюционеров», которым не удалось найти политического убежища или бежать за границу. Среди тех, кого он арестовывал лично, был и Шандор Копачи. Тогда Серов впервые представился Копачи как председатель КГБ. Он напомнил ему об их встрече 23 октября, а потом пообещал: «Я тебя повешу на самом высоком дереве в Будапеште.» (Правда, обещание ему выполнить не пришлось.) 21 ноября новое просоветское правительство во главе с Яношем Кадаром пообещало Надю и его министрам гарантировать их безопасность, если они покинут югославское посольство. 22 ноября, когда они вышли, их силой вытащили из пришедшего за ними автобуса, после чего они были арестованы КГБ и вывезены через границу в Румынию.

Допросами Надя и его соратников руководил Борис Шумилин, главный советник КГБ «по вопросам контрреволюции». Выступая по будапештскому радио 26 ноября, Кадар заявил: «Мы обещали, что не будем привлекать Имре Надя и его друзей к суду за их прошлые преступления, даже если они потом признают себя виновными в них.» В феврале 1957 года венгерское Министерство иностранных дел подтвердило, что «не было намерений привлекать Имре Надя к суду». Но Москва решила по-другому, после того как Надь продолжал отказываться, несмотря на старания КГБ и АВХ, признать себя виновным в приписываемых ему преступлениях. Из шести человек, которые были арестованы при выходе из посольства Югославии, один погиб от рук своих мучителей, второй был задушен после того, как объявил голодовку. Надь и трое оставшихся в живых из его правительства предстали перед тайным судом в феврале 1958 года. Судебное разбирательство, явно разочаровавшее советников КГБ, которые не привыкли к тому, чтобы на политических процессах подсудимые отказывались признать себя виновными, вскоре было приостановлено. Когда же в июне 1958 года слушание дела возобновилось, трое из четырех главных обвиняемых продолжали настаивать на своей невиновности. Все они были признаны виновными, казнены и захоронены в безымянных могилах. Еще пятерых подсудимых приговорили к различным срокам тюремного заключения.

Ни один политический процесс из всех ранее прошедших в странах советского блока не вызывал таких проблем, с какими столкнулись Шумилин и его подручные из АВХ, стряпая дело против «Надя и его банды изменников». Посмертная реабилитация Ласло Райка и доклад Хрущева на XX съезде партии подорвали веру в досконально разработанные теории заговора, на которых строились сталинские показательные процессы. Примечательно, что, в отличие от хорошо отрепетированных спектаклей, которые уверенно разыгрывались в залах суда на протяжении предшествующих двадцати лет, официальный отчет «О контрреволюционном заговоре Имре Надя и его сообщников» был выдержан в мягком, чуть ли не извиняющемся тоне. Империализм был, как полагается, заклеймен как «главный организатор контрреволюции», а Надь разоблачался как его «послушный пособник». Но детали заговора были очерчены не так выразительно и красноречиво. Радиостанция «Свободная Европа» была объявлена «военно-политическим штабом контрреволюции за рубежом», а посылки с помощью Красного Креста — главным средством переброски империалистического оружия через венгерскую границу. Внутри же самой Венгрии британский военный атташе полковник Джеймс Каули, как утверждалось, принимал непосредственное участие в военном руководстве восстанием, а западногерманский парламентарий князь Хубертус фон Левенштейн был выведен как связующее звено с «крупными империалистическими капиталистами в Западной Германии». Материалы процесса над Надем, даже в том причесанном варианте, в котором они были опубликованы, еще задолго до эпохи Горбачева считались в КГБ примером неудачной попытки воздействия на общественное мнение. Это был последний политический процесс в странах советского блока, на котором жертвам был вынесен смертный приговор.