По совместительству бывший оппозиционер стал начальником штаба артдивизиона Московского отделения Осоавиахима, организации, проводившей военные сборы и осуществлявшей боевую подготовку гражданского населения. Также Нахаев еще в 1931 году стал слушателем Военной академии РККА. Но его материальное положение все еще оставалось тяжелым: жил он со своей женой на 4 квадратных метрах в Жулебино, а его неприязнь к существующей власти скорее всего подпитывалась разговорами командиров и подчиненных по Осоавиахиму. Решив высказать свой протест, Нахаев стал готовиться к перевороту.
Рассчитывать Нахаеву приходилось лишь на находившихся в тот момент на сборах гражданских лиц, не имевших к тому же оружия и боеприпасов, поэтому он предпринял дерзкую попытку сагитировать одну из действующих частей. В 8 утра 5 августа 1934 года Нахаев во главе артиллерийского дивизиона из двухсот человек прибыл на Сухаревскую площадь к расположению Московской пролетарской стрелковой дивизии. Отряд был пропущен на территорию без лишних вопросов, и после приказа Нахаева красноармейцы этой части были построены во дворе казармы. Руководитель переворота обратился к присутствующим с пламенной речью, в которой обвинял Сталина и его приспешников в узурпации власти, в разрушении народного хозяйства и попрании интересов рабочих и крестьян, а также призвал к новой революции. Но речь Нахаева не заинтересовала красноармейцев, а попытки забрать оружие из караульного помещения не увенчались успехом. Восставшие были разогнаны, а сам руководитель был схвачен.
Если первоначально чекисты нашли основную причину восстания Нахаева, а именно его нищету, плохие бытовые условия и неприязнь к существующему строю, то после вмешательства Сталина дело пошло в другое русло. 28 августа 1934 года на допросе Нахаев выдал своего «сообщника» и коллегу по институту физической культуры, Леонида Быкова, бывшего генерала, которому вменялась работа на эстонскую разведку. После получения всех возможных признательных показаний Нахаев уже был не нужен, и 5 декабря 1934 года, спустя 4 месяца после попытки переворота, Военная коллегия Верховного суда СССР вынесла приговор: расстрел.
