Тем временем немецкие войска, двигаясь двумя клиньями к северу и югу от Белостока, окружили передовые соединения Западного фронта. В Белостокском «котле» оказались 3-я и 10-я советские армии. Войска, которым удалось отойти, попали в схожее положение восточнее Белостока, где образовалось несколько «котлов» поменьше. В районе Гродно советские корпуса предприняли попытку контрудара и вынудили противника на этом участке перейти к обороне. Начальник Генерального штаба сухопутных войск вермахта генерал Ф. Гальдер в своем дневнике записал слова немецкого генерала Отта о событиях под Гродно:
К 25 июня первые немецкие части вышли на подступы к Минску. В течение следующих двух дней к столице Белоруссии прорвались три танковые дивизии и несколько моторизованных корпусов. Несмотря на приказ наркома обороны Тимошенко город не сдавать, 28 июня Минск пал, советские части, оборонявшие город, отошли на восток. Две танковые группировки соединились в районе Минска, образовав Минский «котел». В окружение попали остатки 3-й и 10-й армий, а также отдельные части 4-й и 13-й армий. 29 июня уже в глубоком тылу немецких войск были подавлены последние очаги героического сопротивления в Брестской крепости.
Пока в западном приграничье разворачивалась трагедия стремительного поражения, в Москве искали виновных в ней. 30 июня командующего фронтом Павлова отстранили от должности и вызвали в Москву. Павлов имел разговор с наркомом иностранных дел Молотовым и начальником Генерального штаба Красной армии Жуковым. Аудиенции у Сталина генерал не удостоился — тучи над ним сгущались. С понижением в должности до заместителя командующего Павлов отправился обратно на Западный фронт. Однако 4 июля на пути в штаб фронта, в селе Довск Гомельской области, его машину остановили, и генерала отправили в Москву. По всей видимости, решение о его аресте у высшего руководства страны созрело окончательно.
Павлова обвинили в антисоветском военном заговоре, предательстве интересов Родины, нарушении присяги и нанесению ущерба боевой мощи Красной армии. Согласно вменявшейся генералу статье 58–1б УК РСФСР, измена Родине, совершенная военнослужащим, каралась высшей мерой наказания — расстрелом с конфискацией всего имущества. Также Павлову вменяли преступление, подпадающее под статью 58–11 УК РСФСР — организационную деятельность, направленную к подготовке или совершению контрреволюционных преступлений; эта статья предусматривала то же самое наказание, что и предыдущая. Наряду с генералом Павловым по делу проходили другие военачальники Западного фронта: начальник штаба Западного фронта В. Е. Климовских, начальник связи штаба того же фронта А. Т. Григорьев и командующий 4-й армией А. А. Коробков.
Развивая тему заговора, следователи связывали Павлова с врагами народа командармом 1-го ранга И. П. Уборевичем и генералом К. А. Мерецковым. В 1937 году Уборевич проходил по делу Тухачевского, ставшему началом чистки в армии. Ему, как и другим, входившим в предполагаемый близкий круг заговорщиков, было предъявлено обвинение в измене Родине и заговоре, завершившееся расстрелом. Мерецков несколько лет работал вместе с Уборевичем, высоко оценивал его вклад в воспитание советских командиров разного ранга и уже поэтому не мог не попасть под подозрение.
Как и Павлов, Мерецков был обвинен в контрреволюционной деятельности. В ходе следствия Мерецков показал, что в 1936 году, будучи в командировке в Испании, способствовал карьерному росту Павлова:
По счастливому случаю Мерецкову удалось избежать смертного приговора. После того, как он в августе 1941 года написал покаянное письмо Сталину, его освободили и направили на фронт. Павлову такая участь не была суждена.
На первых допросах Павлов объяснял военный провал объективными причинами — численным и техническим превосходством противника и неожиданностью удара: