Nagy Imre miniszterelnök és társai a szovjet csapatok bevonulásának napján, 1956. november 4. hajnalán a jugoszláv nagykövetségre menekültek, ahonnan november 22-én a romániai Snagovba szállították őket. A szovjet és a magyar párt vezetőinek egyeztetését követően 1957. április 9-én az MSZMP Ideiglenes Intézőbizottsága határozatot hozott Nagy Imre és társainak letartóztatásáról, amire Nagy Imre esetében április 14-én sor is került. A letartóztatás után Nagy Imrét Budapestre szállították, ahol megkezdődött az ellene indított eljárás.
Az eljárás végső kimenetele 1957 áprilisában nem tűnt kérdésesnek. Erre utalnak Kádár János 1957 áprilisában mondott szavai: „…a régi, klasszikus horthysta ellenforradalmárokkal egyenlő elbánást érdemelnek”. Három nappal korábban pedig így vetítette előre a vádlottak sorsát: „…körmenetben kell őket bíróság elé állítani, halálra ítélni és kivégezni”. Ezzel a céllal ekkor még a szovjet pártvezetés is maradéktalanul egyetértett.
A vizsgálat tehát 1957 áprilisában, Nagy Imre hazahozatalakor megkezdődött, Kádár János pedig azt akarta, hogy a felelősségre vonás mihamarabb történjen meg. Az ítélet mégis csak 15 hónap múlva, 1958. április 15-én született meg. A per elhúzódásának több oka is volt: egyrészt a szovjet vezetés hatására két alkalommal is elhalasztották a tárgyalást. Erre először 1957 novemberében került sor a Moszkvában szervezett nemzetközi kommunista csúcstalálkozó miatt, majd 1958 februárjában a már megkezdett főtárgyalást szakították meg, mert az esetleges halálos ítélet megzavarta volna a nagyhatalmak csúcstalálkozójának összehívását. A jugoszláv–szovjet viszony romlásával és a nagyhatalmi csúcstalálkozó fölvetésének negatív visszhangja miatt aztán 1958 nyarán lehetségessé vált a per újrakezdése és az ítéletek meghozatala.
A per elhúzódásának másik oka az eljárás bonyolultságában rejlett. Az előkészületek már 1957 áprilisa előtt megkezdődtek, a vádlottak áprilisi hazaérkezésével pedig fölgyorsult a folyamat. A per megtervezésekor világos elméleti koncepciót kellett kidolgozni az 1956 októberéhez vezető események leírásában. Ennek a leírásnak követnie kellett az MSZMP ideológiai állásfoglalásait, másrészt pedig a valóságtól és a vádlottak vallomásaitól sem távolodhattak el annyira, mint ahogy az például a Rajk-per esetében történt. Dönteni kellett arról, kiknek a perét tárgyalják közösen, és össze kellett állítani egy legalább valamennyire meggyőző vádiratot. Mindez pedig igényelte a vádlottak valamilyen szintű együttműködését is.
A párt döntései révén 1957. március 10-én megszületett Ferencsik József rendőr alezredes határozata a Nagy Imre elleni nyomozásról, április 8-án pedig már az előzetes letartóztatásról is rendelkeztek. A köztes időben elkezdődött az adatok gyűjtése és a vizsgálat megtervezése. Nagy Imrét április 14-én tartóztatták le Snagovban, másnap pedig már meg is kezdődött a kihallgatása a Gyorskocsi utcai fegyházban, ahol a rabokat tökéletes elszigeteltségben tartották.
A per megmaradt irataiból látható, hogy Nagy Imre pontosan értette, merre tart a kihallgatás. A kommunista párt vezető tisztviselőjeként korábban maga is látott hasonló eljárásokat, így pontosan tudta, hogy a cél az, hogy végül ő maga ismerje el az ellene felhozott vádakat. Ezért először megtagadta a válaszadást, és a jegyzőkönyveket sem írta alá, majd politikai nyilatkozatot akart tenni, amihez viszont a kihallgatói nem járultak hozzá. Ferencsik József ezredes és Kapitány István őrnagy, Nagy Imre két kihallgatója ezután az életrajzát mondatták el Naggyal, aki csak 1944-ig volt hajlandó összefoglalni azt, hiszen a további rész már közvetlenül kapcsolódott a vizsgálat tárgyához.
A többi vádlott kihallgatása simábban zajlott, Nagy Imre azonban még az eljárás, így letartóztatása törvénytelensége miatt is tiltakozott. Később be kellett látnia, hogy tiltakozása nem jár eredménnyel, így május végére – miközben önmagában őrlődve próbálta értékelni októberi tevékenységét – közel került az ellenállás feladásához. Június 14-én aztán fordulat következett be a kihallgatásban: a volt miniszterelnök önként jelentkezett kihallgatásra. Ezúttal nekilátott részletesen előadni a forradalom napjaiban véghezvitt cselekedeteit, ám szándékosan tartózkodott attól, hogy bármilyen formában értékelje az elhangzottakat. Kihallgatói kezdetben örültek a fordulatnak, ám később rá kellett jönniük, hogy éppen a vallomást és a beismerést nem kapják meg így Nagy Imrétől.
A kihallgatások szakasza július 30-án lezárult. A kihallgatók nem érték el céljukat: Nagy Imre nem fogadta el tetteinek kihallgatók által javasolt minősítését. Augusztus 17-én a nyomozást is lezárták, így a Gyorskocsi utca foglyaira a várakozás üres hetei vártak. Szeptember elején a vádlottak már a rájuk vonatkozó iratokat tanulmányozhatták, mert az eredeti tervek szerint már szeptemberben megrendezték volna a pert, ám szovjet kérésre ezt elhalasztották, formálisan a nyomozás folytatására hivatkozva. A nyomozás persze nem folytatódott.
1957. december 21-én a Központi Bizottság zárt ülésen döntött a per megkezdéséről, így az ügy a Legfelsőbb Bíróság Népbírósági Tanácsa elé került, ahol egyfokú eljárással, a fellebbezés lehetősége nélkül kívántak dönteni. A vádlottak január végén már védőt is választhattak a megbízható ügyvédek állambiztonságiak által összeállított listájáról, majd arra is lehetőségük nyílt, hogy néhány napon át tanulmányozhassák a vádiratot. A védőknek is csupán néhány napjuk volt arra, hogy tanulmányozzák az összesen több ezer oldalas iratanyagot, így érdemben felkészülni ők sem tudtak.
A január 28-án kelt vádirat összesen tíz személyt vádolt különböző bűncselekmények elkövetésével. Közülük Nagy Imre elsőrendű terheltet, a minisztertanács volt elnökét „a népi demokratikus államrend megdöntésére irányuló szervezkedés kezdeményezése és vezetése” és a „hazaárulás” bűntettével vádolták, Donáth Ferenc másodrendű és Gimes Miklós harmadrendű vádlottat hazaárulással nem, egyebekben hasonló bűncselekménnyel vádoltak. A vádirat először általánosságban jellemezte a vádlottak tevékenységét, és részletesen bemutatta az „ellenforradalom” lefolyását. Ezután személyekre lebontva elemezte a vádlottak tevékenységét: Nagy Imre célja a vádirat szerint már a forradalom előtt az volt, hogy előkészítse a hatalom megszerzését, az októberi napokban pedig az előzetesen előkészített terv szerint járt el. A vádirat – a koncepciós perekben megszokott módon – némely esemény lényegét meghamisítja, más eseményeket pedig valótlan színben tüntet fel.
A per február 5-én kezdődött, majd február 6-án véget is ért, a már korábban említett szovjet halasztási kérés miatt. A per váratlan elhalasztása – amit Szalai József, a legfőbb ügyész helyettese jelentett be, és amiről valószínűleg még Radó Zoltán tanácselnök sem tudott – a vádlottakra kedvezően hatott, először reménykedni kezdtek valami pozitív fordulatban. Ahogy azonban teltek-múltak a hónapok, és a remények alaptalannak bizonyultak, a vádlottak apátiába süllyedtek.
A nemzetközi helyzet alakulása végül lehetővé tette, hogy 1958. június 9-én újrakezdődjön a per. Hruscsov ekkor sem ragaszkodott volna a szigorú ítéletek kiszabásához, Kádár János azonban nem hagyta, hogy a per lezárulásába bármilyen hiba csússzon. A perrendtartási szabályok értelmében teljesen új pert kezdtek, és ez módot adott az első per alkalmával túlságosan engedékenynek bizonyuló Radó Zoltán tanácselnök lecserélésére. A helyére kerülő Vida Ferenc már bizonyított hasonló ügyekben, hozzáállása a vádlottakhoz a per egész folyamatában rendkívül ellenséges volt.
Nagy Imre sokat készült arra, hogy a bíróság előtt elmondja az igazát. Noha a tárgyalás zárt volt, az utókor számára rögzíteni kívánta azt, ahogyan ő értékelte az eseményeket. Vida Ferenc minden eszközzel igyekezett ezt megakadályozni, arra szorítva a vádlottat, hogy véleményét az utolsó szó jogán mondja el. A vádlottak kihallgatása és a tanúk vallomásai után június 14-én következtek a védőbeszédek, majd a vádlottak az utolsó szó jogán elmondhatták a véleményüket. Nagy Imre ekkor már – korábbi szándékaival ellentétben – nem kívánt részletekbe bocsátkozni, csupán az eljárás törvénytelenségére hívta fel a bírák figyelmét, és sorsát a „nemzet kezébe” helyezte.
Nagy Imre utolsó ismert szavai az ítélet kihirdetése után
„Engedje meg az igen tisztelt Népbírósági Tanács, [hogy] pár szóval indokoljam a kegyelmi kéréssel kapcsolatos álláspontomat. A halálos ítéletet, amelyet rám az igen tisztelt Népbírósági Tanács kirótt, én a magam részéről igazságtalannak tartom, indoklását nem tartom megalapozottnak, és ezért a magam részéről, bár tudom azt, hogy fellebbezésnek helye nincs, elfogadni nem tudom. Egyetlen vigaszom ebben a helyzetben az a meggyőződésem, hogy előbb vagy utóbb a magyar nép és a nemzetközi munkásosztály majd felment azok alól a súlyos vádak alól, amelyeknek súlyát most nekem kell viselnem, amelynek következményeként nekem életemet kell áldoznom, de amelyet nekem vállalnom kell. Úgy érzem, eljön az idő, amikor ezekben a kérdésekben nyugodtabb légkörben, világosabb látókörrel, a tények jobb ismerete alapján igazságot lehet szolgáltatni az én ügyemben is. Úgy érzem, súlyos tévedés, bírósági tévedés áldozata vagyok. Kegyelmet nem kérek."
A Vida Ferenc vezette tanács június 15-én 17 órakor hirdetett ítéletet. Nagy Imre a halálos ítélet kihirdetésekor öntudattal jelentette ki: „Kegyelmet nem kérek.” Utolsó mondataiban visszautasítja a vádakat és az ítéletet, majd a magyar nép és a nemzetközi munkásosztály ítéletére bízza magát. A volt miniszterelnök nem kért kegyelmet, az ügyvédje azonban igen. A halálos ítéletet meghozó népbírósági tanács ekkor kegyelmi tanáccsá alakult, majd rövid idő alatt visszautasította a kegyelmi kérvényt. Az ítélet így végrehajthatóvá vált: másnap hajnalban, 1958. június 16-án Nagy Imrén, Maléter Pálon és Gimes Miklóson a halálos ítéletet kötél által végrehajtották. Nagy Imre utolsó éjszakájáról keveset tudunk: állítólag írt, ám ekkor keletkezett írás máig nem került elő.
Nagy Imre úgy állt az akasztófa alá 1958. június 16-án hajnali öt órakor, hogy a per folyamán végig ellenállt a vád által sugallt állításoknak, semmit sem volt hajlandó elismerni. A vizsgálat során persze tépelődései közepette maga is igyekezett mérlegre tenni mindazt, ami 1956-ban történt. A jegyzőkönyvek azonban azt sugallják, hogy az egykori miniszterelnök hű maradt hazájához és baloldali eszméihez: utolsó szavaival a magyar népre és a nemzetközi munkásosztályra – nem pedig a pártra – bízta ügye megítélését. A szintén kivégzett első felelős miniszterelnökhöz, Batthyány Lajoshoz hasonlóan Nagy Imre sem intézményekhez – legyen az Habsburg-abszolutizmus vagy egypárti diktatúra –, hanem eszmékhez maradt hűséges, még a bitófa árnyékában is. Az pedig a történelem különösen szomorú sorsfordulata, hogy mindkettejüket annak az eszmének és államnak a nevében végezték ki, amelynek szolgálatára az életüket tették fel.