Следствие вел чекист Яков Агранов. Методы следствия в сравнении с 30-ми годами еще очень «гуманные», но уже используются и давление, и угрозы. И еще любопытный штрих к картине советской «законности» — эсеров судили по законам, которые не существовали при совершении их деяний, так как новый Уголовный кодекс вступил в силу лишь за неделю до начала процесса.
Объявление о процессе эсеров вызвало реакцию в международном социалистическом движении. Эсеры и меньшевики в эмиграции требовали от Второго Интернационала поддержать подсудимых. Обе организации во время международной социалистической конференции в апреле 1922 года в Берлине добились от Коммунистического Интернационала определенных гарантий. В частности, им было обещано, что подсудимые не будут приговорены к смертной казни. Второй Интернационал в качестве защитников послал в Москву известных социалистов Эмиля Вандервельде и Артура Вотеса из Бельгии, Курта Розенфельда и Теодора Либкнехта (брата Карла Либкнехта) из Германии. Большевики оскорбились таким «давлением». И выставили в противовес «своих», проверенных членов Коминтерна (например, Клару Цеткин). Таким образом, процесс эсеров превратился в своего рода выяснение отношений между коммунистами и социалистами на международной арене. Процесс эсеров проходил в Колонном зале Дома Союзов в центре Москвы с 8 июня по 7 августа. Заседания шли шесть дней в неделю, с полудня до 17 часов и вечером с 19 до полуночи. В нем принимали участие некоторые высокопоставленные большевики. Председателем трибунала был Георгий Пятаков, государственным обвинителем — Николай Крыленко, по левую и правую руку от первого красного прокурора восседали первые красные интеллигенты Анатолий Луначарский и Михаил Покровский.
Перед судом предстали двенадцать членов Центрального комитета ПСР и десять рядовых членов партии. Из них самые известные — Абрам Гоц и Евгений Тимофеев. Все они по меньшей мере уже два года отсидели в тюрьме. В число обвиняемых следственными органами были включены еще двенадцать находившихся на свободе бывших эсеров (Григорий Семенов, Лидия Коноплева и др.). Их ролью, по сочиненному сценарию, было признать свою вину и обвинить своих бывших товарищей по партии. Этих обвиняемых «второй группы», защищали Николай Бухарин, Михаил Томский и другие, то есть защитники «второй группы» на самом деле выступали обвинителями «первой группы».
Защитниками обвиняемых «первой группы» выступали вышеупомянутые западные социалисты и несколько видных русских адвокатов: Николай Муравьев, Александр Тагер, Владимир Жданов и другие.
С первого дня процесса возникли конфликты между ними и трибуналом. Вандервельде и его коллеги ссылались не только на советские законы, но и на берлинское соглашение между Социал-интернационалами и Коминтерном, согласно которому обвиняемые не могут быть приговорены к смертной казни. Защите сразу стало понятно, что трибунал не слишком озабочен соблюдением правовых норм. Большая часть просьб обвиняемых и защитников была отклонена. Трибунал вызвал значительно меньше свидетелей защиты, чем свидетелей обвинения. Четыре защитника, которые были приглашены по просьбе обвиняемых, судом не были допущены. Публика в зале оказалась соответствующе подготовлена и постоянно издевалась над обвиняемыми и защитниками. Кроме того, суд не считал себя связанным берлинским соглашением. Западные социалисты после первой недели пришли к выводу, что их присутствие на суде бессмысленно, и уехали, предоставив подзащитным «выкручиваться» самим (что, по всей вероятности, вполне отвечало духу социалистической морали).
20 июня перед зданием суда проходила огромная демонстрация, организованная Коммунистической партией. По данным советской печати, в ней участвовали 300 000 человек. Демонстранты требовали смерти обвиняемых; к ним обращались председатель трибунала Пятаков и государственный обвинитель Крыленко. На вечернем заседании, несмотря на протест защитников, суд пустил в зал демонстрантов, которые при поддержке публики продолжили свой митинг. В течение двух с половиной часов, до глубокой ночи, они обвиняли подсудимых в чем попало и требовали смертной казни.
На следующем заседании защитники опротестовали происходящее. Они указали, что суд грубо нарушал правопорядок, и потребовали прекращения процесса с возобновления его при другом составе трибунала. Суд отверг протест и ответил оскорблениями и угрозами в адрес защитников, после чего защитники отказались участвовать в судебном процессе. Их за это на несколько месяцев посадили в тюрьму, а потом административным путем выслали из Москвы.