декабря 1946 года, после вечера, проведенного в доме английского журналиста Верта и его жены, Федорову арестовали в ее квартире на улице Горького. Более полугода она провела во внутренней тюрьме на Лубянке, где ее методично подвергали систематическим издевательствам (обливали кипятком, били, не давали спать). Наконец 15 августа 1947 года Федорова и еще шесть человек были приговорены за шпионаж в пользу иностранных государств к 25 годам тюремного заключения. После приговора Федорова пыталась повеситься в камере лефортовского тюремного изолятора, однако бдительные надзиратели не позволили ей довести дело до конца. 2