В 1937 году нарком внутренних дел Ежов и его подручные сфабриковали так называемый «заговор генералов». Во время «ежовщины» погибли тысячи военнослужащих, руководство Красной Армии было практически обезглавлено. Однажды в середине 1938 года в кругу сослуживцев в Испании Григорий Сыроежкин высказал свое мнение о невиновности Тухачевского и других военачальников. Он отметил, что многих из них он лично знает как честных и преданных командиров и готов поручиться за них.

На Лубянку полетел донос на разведчика. В конце 1938 года Сыроежкин был отозван в Москву под предлогом вручения ему очередного ордена.

& февраля 1939 года Григорий Сыроежкин был арестован по обвинению в шпионаже в пользу Польши и участии в контрреволюционной организации. Основанием для ареста послужил случай с задержанием Сыроежкина в Вильно в связи с доносом Стржалковского, о чем разведчик в то время подробно проинформировал свое руководство. Следователь заявил, что Сыроежкин выдал польской разведке материалы, содержащие государственную тайну, и что поляки завербовали его. На замечание разведчика, что он действовал по заданию начальника Контрразведывательного отдела, последовал ответ, что прежние руководители Сыроежкина также оказались польскими шпионами. Действительно, 21 августа 1937 года бывший руководитель Сыроежкина Артур Артузов по ложному доносу был приговорен «тройкой» как «шпион польской и других разведок» к высшей мере наказания и расстрелян.

Такая же судьба постигла и старшего майора государственной безопасности Григория Сергеевича Сыроежкина. 26 февраля 1939 года он был осужден Военной коллегией Верховного суда СССР к высшей мере наказания и в тот же день расстрелян.

15 февраля 1958 года приговор в отношении Григория Сыроежкина был отменен и дело закрыто за отсутствием состава преступления.