В Положении о задачах службы разведывательно-диверсионных операций, подлежащих неукоснительному и бесприкословному выполнению, было прямо записано, что «служба осуществляет наблюдение и подвод агентуры к отдельным лицам, ведущим вражескую работу, пресечение которой в нужных случаях и по специальному разрешению правительства может производиться особыми способами: путем компрометации, секретного изъятия, физического воздействия или устранения».
В 1951 году Майрановский вместе с Эйтингоном, Райхманом, Матусовым и А. Свердловым были арестованы и обвинены в незаконном хранении ядов, а также в том, что они являются участниками сионистского заговора, цель которого — захват власти и уничтожение высших руководителей государства, включая Сталина. Рюмину, который возглавлял следствие по этому делу, удалось выбить фантастические признания у Майрановского (он отказался от них в 1958 году) и заместителя начальника секретариата Абакумова Бровермана. Когда в конце 1952 года Рюмин, будучи заместителем министра госбезопасности Игнатьева, был снят с должности, следственная часть не могла представить обвинительное заключение против Майрановского в том виде, как его подготовил Рюмин. Показания начальника токсикологической лаборатории не подкреплялись признаниями врачей, арестованных по делу Абакумова, которые не имели понятия об этой лаборатории.
Никто из арестованных врачей ничего не знал о секретной деятельности Майрановского: он сам проводил эксперименты с ядами на приговоренных к смертной казни в соответствии с установленным правительством и Министерством госбезопасности порядком. Зафиксировать в полном виде признания Майрановского было чересчур рискованно, поскольку он ссылался на указания высших инстанций и полученные им награды. Именно поэтому его дело поступило на рассмотрение во внесудебный орган — Особое совещание при министре госбезопасности. По-видимому, имелись какие-то планы использовать в дальнейшем Майрановского в качестве свидетеля против кого-либо в высшем руководстве. Его оставили в живых и в феврале 1953 года приговорили к десяти годам лишения свободы за незаконное хранение ядов и злоупотребление служебным положением.
Майрановский был осужден незадолго до смерти Сталина. Когда Берия вновь возглавил органы безопасности, Майрановский направил ему огромное количество заявлений-просьб об освобождении, писал о своей невиновности и ссылался на работу под его непосредственным руководством в 1938—1945 годах. Берия, видимо, собирался освободить его, но вскоре сам был арестован. Прокуратура немедленно использовала заявления Майрановского против него самого, против Берии, Абакумова и Меркулова.