牢房裡擁擠不堪，只能就地而立，連伸手的地方都沒有，李立三的腰帶、鞋帶被抽走，褲子上的扣子被剪掉，以防逃跑或自殺。同時，這也是他們增加被扣押者心理壓力的一種手法。
第一次提審，李立三就報了自己的真名，說明他是中共中央委員，李明是他在蘇聯的名字。審查員一聽就叫嚷起來：“混蛋！你還敢胡說八道，冒充中共中央委員！”這種令人哭笑不得的反應使李立三馬上想到，內務部根本不瞭解被抓的是什麼人，抓人名單顯然是由別人提供的。近幾年；所揭發的事實證明，許多中共幹部在蘇聯受迫害，都是王明、康生透過共產國際幹部部提供有關名單或進行舉報的。《救國時報》編輯部的廖煥星、張報、邱靜山、於辛超等同志在李立三之前已先後入獄，只剩下謝唯真一人在獄外，以致《救國時報》在李立三入獄後不得不於1938年2月停刊。
李立三的假案是套用當時慣用的手法杜撰出來的。首先，是將一些雞毛蒜皮的事情無限上綱，例如所謂“編審工作中的政治錯誤”。1936年國際工人出版社中文部翻譯出版的有關公審季諾維也夫、布哈林的資料，這份資料由林達生任責任編輯，李立三負責編審。譯稿中“黨徒”一詞引起了異議。王明、康生提出這是“政治錯誤”，併成立了一個專門小組進行審查，對林達生給以處分。同時借用此事，李立三進行指控，說他“把托洛茨基、季諾維也夫匪幫說成是‘黨’，把匪徒說成‘黨徒’”，這是“蓄意蠱惑人心”、“陰謀將反革命黑貨塞進政治出版物”。在林達生被捕後又進而誣告李立三是莫斯科市“華人反革命謀殺集團的頭頭”，受日本帝國主義的旨意，策劃謀殺斯大林、莫洛托夫等蘇聯黨和國家最高領導人，還有共產國際領導人季米特洛夫等等，並胡說什麼李立三在中國一直搞反革命活動，1930年到蘇聯來也是帶著反革命任務來的。
為了給這些駭人聽聞的罪名尋找“依據”，蘇聯內務部真是無所不用其極。要知道，當時僅憑犯人的“交代”，就可以馬上送去槍斃。第一次審問，內務部人員就把皮鞭放在桌上，妄圖給李立三一個“下馬威”。二處處長沃爾夫松用連夜審問、不準睡覺的疲勞戰術折磨李立三，進行誘供、逼供，甚至把一些經用刑後招供的人拉來“對質”，李立三還是堅決否認。沃爾夫松想迫使他“就範”，把他關進像棺材一樣狹小、黑暗的禁閉室，用皮鞭、橡皮棍毒打，李立三仍不屈服。有時，利用他處於昏迷狀態，逼迫他在“交代書”上籤了字，第二天他一恢復體力，清醒後就推翻假供詞，堅持進行反抗。
李立三認為，這是異常嚴肅的###，不僅關係到他個人的命運，也關係到中國共產黨的聲譽。他覺察到有人想把他的案件無限擴大，進而對中國共產黨的領導核心進行誣陷。一次審訊時，沃爾夫松就拿出有瞿秋白、周恩來、項英、任弼時、羅邁等名字的中共領導人名單，誣稱他們都是“###產國際的託派集團”，逼著李立三承認這個集團是他於1930年推行“立三路線”時帶頭成立的，其目的是“破壞和消滅中國革命力量”。李立三聽後大為震怒，對中國共產黨的這種詆譭和誣衊是他絕不能容忍的。李立三堅貞不屈，決心鬥爭到底，他堅決要求寫信給斯大林和季米特洛夫。審查員開始不肯，李立三就聲稱他的案件至關重要，許多情況只能反映給蘇共及共產國際的最高領導，才能澄清是非，迫使審查員不得不同意他的請求。李立三抓緊機會，把自己的冤案寫信上告斯大林。他的信，斯大林究竟看到了沒有，不得而知，但李立三利用這種迷惑戰術，拖延時間，不斷寫信上告，以引起各方領導人的注意，這樣做確實達到了目的。李立三自己說，他當時最擔心的是把他當做一般犯人草率處理，拉去槍決。他給斯大林和季米特洛夫寫信，審查組就不敢輕易對他動手了，並於1939年1月不得