1936. gada augustā pēc vairāku mēnešu rūpīgas sagatavošanās un spīdzināšanas VDK cietumos Zinovjevs, Kameņevs un vēl 14 citi, galvenokārt "vecie boļševiki", atkal tika tiesāti.

Šoreiz apsūdzības ietvēra teroristu organizācijas izveidi, kas it kā nogalināja Kirovu un mēģināja nogalināt Josifu Staļinu un citus padomju valdības vadītājus.

Šī sešpadsmitnieku tiesa (jeb "trockistu-zinovjeviešu teroristu centra" tiesa) bija viena no Maskavas paraugprāvām un sagatavoja augsni turpmākajām paraugprāvām, kurās vecie boļševiki "atzinās" arvien sarežģītākos noziegumos, tostarp spiegošanā, saindēšanā, sabotāžā utt. Tāpat kā citi apsūdzētie, Kameņevs tika atzīts par vainīgu un nošauts 1936. gada 25. augustā.

1988. gadā perestroikas laikā Padomju valdība oficiāli attaisnoja Kameņevu, Zinovjevu un viņa līdzapsūdzētos no visām apsūdzībām.

Pēc Kameņeva nāvessoda izpildes viņa radiniekus piemeklēja līdzīgs liktenis.

• otro dēlu (tobrīd nepilggadīgu) J. L. Kameņevu komunisti sodīja ar nāvi 17 gadu vecumā 1938. gada 30. janvārī 
• vecāko dēlu, gaisa spēku virsnieku A. L. Kameņevs, krievu komunisti sodīja ar nāvi 1939. gada 15. jūlijā 33 gadu vecumā.
• Kameņeva pirmo sievu Olgu krievu komunisti nošāva 1941. gada 11. septembrī Medvedeva mežā netālu no Orjolas kopā ar Kristianu Rakovski, Mariju Spiridonovu un 160 citiem ievērojamiem politieslodzītajiem.
• Tikai viņa jaunākais dēls Vladimirs Gļebovs izdzīvoja krievu komunistu cietumos un darba nometnēs un nomira 1994. gadā.