Tačiau 1937 m. spalio 21 d. Petlyakovas buvo suimtas kartu su Tupolevu ir visa TsAGI administracija dėl suklastotų kaltinimų sabotažu, šnipinėjimu ir pagalba Rusijos fašistinei partijai. Daugelis jo kolegų buvo nužudyti. 1939 m. jis buvo perkeltas iš kalėjimo į NKVD "šarashką" orlaivių dizaineriams netoli Maskvos, kur daugelis buvusių "TsAGI" žmonių jau buvo išsiųsti dirbti. Petlyakovui buvo pavesta suprojektuoti didelio aukščio naikintuvą, kurį jis sėkmingai įgyvendino. Tačiau veiklos patirtis
1939-1940 m. sovietų-finų karas parodė, kad tai nėra tai, ko reikia sovietų oro pajėgoms, todėl NKVD ir "šarashka" sistemos vadovas Lavrentijus Berija įsakė, kad naikintuvas būtų pertvarkytas į nardymo bomboneigį, su pažadu, kad Petlyakovas ir jo kolegos bus paleisti po jo sėkmingo užbaigimo.