27 июня 1938 года в половине двенадцатого ночи в дверь 11й квартиры Королевых на Конюшковской ул., д. 28 в Москве громко постучали: “Открывайте! НКВД”. Пришли двое. Обыск продолжался всю ночь. Жена Сергея Павловича заметила, как из шкатулки на ее туалетном столике чекист ловко вытянул малахитовые запонки, подаренные Сергею на свадьбу, но промолчала… Перевернув весь дом, опечатав одну комнату и забрав нужные бумаги, чекисты увели хозяина с собой. Во Внутреннюю тюрьму НКВД на Лубянке.
Утром 28 июня начался первый допрос, о чем свидетельствует копия протокола в книге дочери Сергея Павловича - Наталии Королевой. Допрашивал оперуполномоченный, сержант госбезопасности Быков. На первый вопрос, знает ли арестованный о причине ареста, Сергей Павлович сказал просто: “Нет, не знаю”. В ответ мат, смачный плевок в лицо, удар сапогом в пах. Очнувшись, Королев увидел человека в белом халате. Проверив пульс, тот помог ему встать и сказал: “Страшного ничего нет”.
После этого следователь сообщил ему, что он будет стоять на “конвейере” до тех пор, пока не подпишет показаний. Сергей Павлович стоял до вечера. Есть и пить не давали; спать не разрешали. Вечером пришел другой следователь - лейтенант госбезопасности Михаил Шестаков. Простояв всю ночь, рано утром, допрашиваемый вновь увидел сержанта Быкова…
На Лубянке он был подвергнут пыткам, во время которых, вероятно всё те же Шостаков и Быков, сломали ему обе челюсти.
16 марта 1966 года Главный конструктор умер после неудачной полостной операции. У Сергея Павловича недостаточно широко раскрывался рот, поэтому ему не смогли корректно ввести дыхательную трубку в трахею. Сергею Павловичу было всего 59 лет.
Один из участников операции, известный хирург Борис Петровский, вспоминал, что “он (Королев. - Авт.) скрывал, что у него были сломаны челюсти. Оперируя людей, прошедших ужасы репрессий 30х годов, я довольно часто сталкивался с этим явлением. У меня нет никаких сомнений, что во время допросов в 1938 году Королеву сломали челюсти. Это обстоятельство и заставило нас сделать трахеотомию - разрез на горле, чтобы вставить трубку…”
Приводит свидетельства этого факта в своей книге и журналист Я. Голованов. Он пишет:
"В феврале 1988 года я беседовал с членом-корреспондентом Академии наук СССР С. Н. Ефуни. Сергей Наумович рассказывал мне об операции 1966 года, во время которой Сергей Павлович умер. Сам Ефуни принимал участие в ней лишь на определённом этапе, но, будучи в то время ведущим анестезиологом 4-го Главного управления Минздрава СССР, он знал все подробности этого трагического события.
— Анестезиолог Юрий Ильич Савинов столкнулся с непредвиденным обстоятельством, — рассказывал Сергей Наумович. — Для того чтобы дать наркоз, надо было ввести трубку, а Королёв не мог широко открыть рот. У него были переломы двух челюстей…
— У Сергея Павловича были сломаны челюсти? — спросил я жену Королёва, Нину Ивановну.
— Он никогда не упоминал об этом, — ответила она задумчиво. — Он действительно не мог широко открыть рот, и я припоминаю: когда ему предстояло идти к зубному врачу, он всегда нервничал…
Королёв пишет ясно: «следователи Шестаков и Быков подвергли меня физическим репрессиям и издевательствам». Но доказать, что Николай Михайлович Шестаков сломал челюсти Сергею Павловичу Королёву, я не могу. К сожалению, никто этого уже не сможет доказать. Даже доказать, что ударил, — нельзя. Что просто толкнул. Вновь повторю: я ничего не могу доказать, нет в природе этих доказательств. Я могу лишь попытаться увидеть…"