В 1943 Мольтке узнал, что гестапо направило своего агента в антинацистскую группу «кружок Зольфа», действовавшую параллельно с «кружком Крайзау». Он предупредил об этом одного из участников «кружка Зольфа», но гестапо узнало о его поступке. 18 января 1944 он был арестован. После неудачи покушения на Гитлера 20 июля 1944 он был обвинён в государственной измене, прежде всего, за отказ сообщить о ранней деятельности участников заговора. Председатель Народной судебной палаты Роланд Фрейслер также заявил на процессе, что сам факт обсуждения вопроса о развитии послевоенной Германии на моральных и демократических принципах является изменой и должен наказываться смертью.