Ptukhin bị cách chức và bị bắt vào cuối tháng 6 năm 1941 sau khi các sân bay dưới quyền chỉ huy của ông bị tổn thất nặng nề sau Chiến dịch Barbarossa. Ông bị đưa đến nhà tù Butyrskaya vài ngày sau đó và bị buộc tội tham gia vào một âm mưu chống Liên Xô dựa trên lời khai ép cung của các chỉ huy cấp cao khác bị bắt theo lệnh của Beria trong cuộc thanh trừng của Hồng quân và Không quân, bao gồm cả Yakov Smushkevich, Sergey Chernobrovkin và Pavel Yusupov. Những lời khai ép cung này cáo buộc rằng Ptukhin đã hoạt động trong một âm mưu chống Liên Xô từ năm 1935 và được Ieronim Uborevich tuyển mộ. Sau khi ông bị bắn theo lệnh của Beria vào ngày 23 tháng 2 năm 1942 và được chôn cất tại một địa điểm không xác định, ông chính thức bị tước các phần thưởng quân sự theo sắc lệnh của đoàn chủ tịch Xô Viết Tối cao vào ngày 15 tháng 5 năm 1943. Hơn một thập kỷ sau, ông được phục hồi danh dự vào ngày 6 tháng 10 năm 1954 do thiếu các bằng chứng và đến ngày 22 tháng 5 năm 1965, các giải thưởng quân sự của ông đã được phục hồi.[10] [11] [12]