Вечером 28 ноября при попытке поджечь сарай Свиридова Космодемьянская была замечена хозяином. Вызванные им квартировавшие у него немцы около 7 часов вечера схватили девушку. По свидетельству односельчан, Свиридов за это был награждён немцами бутылкой водки. Свиридов был членом организованной немцами для предотвращения поджогов самообороны и носил белую повязку как отличительный знак (впоследствии Свиридов был приговорён советским судом к расстрелу).

Известно, что допрос вели три офицера и переводчик в доме Василия и Прасковьи Кулик. На допросе Зоя назвалась Таней и не сказала ничего определённого. По свидетельствам Прасковьи Кулик, Зою раздели догола и пороли ремнями. Затем жители села Петрушкина, Воронина и другие видели, как приставленный к Космодемьянской часовой на протяжении четырёх часов периодически водил её босой в одном белье по улице на морозе. До получаса они вдвоём оставались на улице, затем часовой заходил на 15 минут погреться и заводил Космодемьянскую в дом. Ноги Зои получили обморожение, проявление которого видела Прасковья Кулик. Около 2 часов ночи охранник сменился. Он позволил Зое лечь на лавку, где она пробыла до утра.

По показаниям свидетелей, в избиениях Космодемьянской участвовали А. В. Смирнова и Ф. В. Солина, имущество которых пострадало от поджогов. За это впоследствии они были осуждены по статье 193 Уголовного кодекса РСФСР за коллаборационизм и расстреляны.

В 10:30 следующего утра Космодемьянскую вывели на улицу, где уже была сооружена виселица; на грудь ей повесили табличку с надписью на русском и немецком языках: «Поджигатель домов». Когда Космодемьянскую подвели к виселице, Смирнова ударила её по ногам палкой, крикнув: «Кому ты навредила? Мой дом сожгла, а немцам ничего не сделала…».