В апреле 1937 года Мамия Орахелашвили был выслан в Астрахань. В сталинских традициях ему дали пару месяцев дозреть, помучиться. 26 июня 1937-го Орахелашвили был арестован. Одновременно посадили его жену Марию Платоновну – бывшего народного комиссара просвещения Грузинской ССР.
Свидетель Ароян, бывший фельдшер внутренней тюрьмы НКВД ГССР, рассказала на следствии в 1954-м о том, как пытали Орахелашвили:
Я оказывала медицинскую помощь арестованному Мамии Орахелашвили. У меня сохранилось в памяти, что на спине у Орахелашвили имелись зияющие кровоточащие раны… и я их смазывала йодом. На ногах у Орахелашвили было множество синяков. Орахелашвили тогда жаловался на сильные боли и испытываемые им мучения. Я, как могла, старалась облегчить его страдания. Должна отметить, что вместе с Орахелашвили в камере сидел один арестованный, который или был сумасшедшим, или притворялся сумасшедшим. Он систематически терзал Орахелашвили в камере, царапал его, бил, не давал никакого житья. Орахелашвили подолгу вынужден был скрываться от него под кроватью в камере. Когда я оказывала медицинскую помощь Орахелашвили, он жаловался на издевательства и избиения, которые ему приходится терпеть от сокамерника, высказывал предположение, что такого соседа ему следователь подсадил специально.
На том же следствии 1954 года бывший начальник тюрьмы УГБ НКВД Грузинской ССР Сардион Надарая показал, что «после применения к Орахелашвили избиений и пыток он стал ложно оговаривать значительное число лиц, считая, что таким путем ему удастся затянуть следствие и добиться тщательной проверки правдоподобности своих показаний, во время которой выяснится ложность возведенных против него обвинений. В этот же период Орахелашвили дал показания в отношении С. Орджоникидзе, заявив, что хотя он „очень многим обязан Серго Орджоникидзе“, но „даже чувство благодарности и преданности к нему“ не помешает Орахелашвили „осветить его (Орджоникидзе) действительную роль в событиях, при которых зарождались враждебные ВКП(б) и Советской власти группировки и контрреволюционные организации“.»
На допросе 10 сентября 1937 года Орахелашвили рассказал: