После того как Сергей Миронович вошел в подъезд дома, Николаева задержал милиционер (по другим данным, оперкомиссар УГБ УНКВД). Его доставили в местное 17-е отделение милиции, а оттуда в Управление НКВД. Здесь в 4-м отделении оперода у Николаева проверили документы и отпустили, ведь он «…являлся членом ВКП(б), ранее работал в Смольном и (лишь) пытался обратиться к Кирову с просьбой о трудоустройстве». Бывший оперативный секретарь ОО УГБ УНКВД А.Ф. Аншуков так описывал октябрьский арест Николаева: «Он… был задержан на правительственной трассе… и… доставлен в четвертое отделение, а оттуда сам Котомин… отвел сразу же к Губину, и тот не более 10–15 минут разговаривал с Николаевым, а затем отпустил его, никому об этом не докладывая, ибо он, Губин, был действительно убежден в версии Николаева: «…Хотел пожаловаться тов. Кирову на неправильное увольнение»

К решению убить Кирова Николаев пришел в августе 1934 года, а с сентября уже начал готовить убийство. Он приступил к детальной разработке террористического акта: собирал информацию об образе жизни Кирова, вел слежку за ним. В блокноте, изъятом у него 1 декабря 1934 года, есть такие записи: «Если ни 15/Х, ни 5/XI я не мог сделать этого… то теперь готов — иду под расстрел, пустяки — только сказать легко»; «Сегодня (как и 5-го XI) опоздал, не вышло. Уж больно здорово его окружали… (на вокзале с Кр. стр.). 14/Х1»; «Это исторический факт. Нет, я ни за что не примирюсь с тем, с кем боролся всю жизнь. Остались считаные дни, недалек последний час»

При обыске его квартиры нашли записи на 2 листах бумаги — так называемый план. Этот план, состоявший из нескольких частей, был составлен с учетом внешних и внутренних обстоятельств, места и времени действия. Предусматривались даже различные варианты совершения террористического акта. И хотя в этих материалах нигде не была указана фамилия Кирова, однако ничто не вызывает сомнений, что речь идет о первом руководителе ленинградских коммунистов. Трехкратное написание начальной буквы фамилии — «К», упоминание номера дома — 28, совпадает с номером дома, где проживал Киров, упоминание улицы Кронверкской, куда выходила противоположная сторона дома, где жил Киров