Sau khi sự sụp đổ của Beria, Sudoplatov đã bị bắt vào ngày 21 tháng 8 năm 1953, với tư cách là cộng tác của Beria trong các tội ác. Ông đã giả điên loạn để tránh bị xử tử với Beria, và do đó chỉ bị xét xử vào năm 1958.[10] Ông đã bị cáo buộc liên quan đến phòng thí nghiệm tử vong của Mairanovsky:

Khi được thành lập [trong phiên tòa], Beria và đồng phạm đã phạm tội ác chống lại loài người: họ đã thử nghiệm các chất độc chết người, gây ra cái chết đau đớn, trên người sống. Một phòng thí nghiệm đặc biệt, được thành lập để thử nghiệm hành động của các chất độc đối với người sống, hoạt động dưới sự giám sát của Sudoplatov và phó của y là Eitingon từ năm 1942 đến 1946. Họ yêu cầu y chỉ cung cấp cho họ những chất độc đã được thử nghiệm trên người...[10]

Ông bị kết án 15 năm tù. Sau khi mãn hạn tù, ông đã được trả tự do vào tháng 8 năm 1968.