Bukharin ble tatt til nåde igjen året etter, etter å ha øvd omfattende selvkritikk. Han tok snart over ledelsen for Det sovjetiske vitenskapsakademi, som på denne tiden, før Lysenko-affæren, var høyt ansett i internasjonale naturvitenskapelige kretser. I 1934 overtok han som redaktør for avisa Izvestia, og i 1935 var han involvert i arbeidet for å skrive Sovjetunionens nye grunnlov. I 1936 deltok han på anklagernes side i Moskvaprosessene, men opplevde selv å bli arrestert året etter. I 1938 ble han stilt for retten, anklaget for landsforræderi og konspirasjon, dømt og henrettet.