Tras su detención por parte de la Brigada Político Social, Julián Grimau es trasladado al edificio de la Dirección General de Seguridad, el mismo que hoy acoge la sede de la Comunidad de Madrid en la Puerta del Sol, que por aquel entonces era la pesadilla de muchos detenidos durante el franquismo.

Allí, explicó el propio Grimau a su abogado días después, "me fotografiaron, recogieron mis huellas dactilares y se me hizo la primera ficha". Fernando Hernández Sánchez explica que "los únicos datos que está dispuesto a facilitar son su nombre, apellidos y cargo orgánico en la dirección del partido, que es miembro del Comité Central". El historiador también afirma que, según la reconstrucción de Grimau, "los policías que van a interrogarlo manifiestan una actitud muy violenta, algunos de ellos ya le advierten de que no va a salir con vida de allí". "Aparece la figura de un personaje bastante funesto, la de un médico que le pregunta directamente '¿cómo quieres que te pegue, como policía o como médico?'", comenta Hernández en el vídeo sobre estas líneas.

A partir de este momento la historia se llena de sombras, empezando por una misteriosa caída que la policía franquista intenta hacer pasar como un intento de suicidio. El abogado y magistrado emérito Juan José del Águila ha estudiado en profundidad el caso Grimau y cree que el régimen mintió incluso sobre el lugar donde cayó. Lo hace apoyándose en un informe médico, que no controló la policía, y que indica que las lesiones de Grimau se produjeron "al arrojarse" "y caer al patio, con pavimento de losas de piedra".

Este episodio llegó a ser denunciado internacionalmente, aunque el régimen trató de silenciarlo.