13 декабря 1938 года Берггольц арестовали по обвинению «в связи с врагами народа», а также как участника контрреволюционного заговора против Ворошилова и Жданова. После побоев и пыток Ольга прямо в тюрьме родила мертвого ребёнка. Первый муж, Борис Корнилов, был расстрелян 21 февраля 1938 года в Ленинграде.

3 июля 1939 года была освобождена и полностью реабилитирована. Вскоре после освобождения вспоминала: «Вынули душу, копались в ней вонючими пальцами, плевали в неё, гадили, потом сунули обратно и говорят: живи!».