Po nieudanym zamachu na Lenina w nocy z 31 sierpnia na 1 września 1918 roku w Moskwie i Piotrogrodzie rozpoczęły się masowe aresztowania. Pośród aresztowanych znalazł się i Mielgunow. Trafił na Łubiankę 11. Według jego słów panowało tam „Królestwo Łotyszy”! I to takich, którzy ni w ząb nie znają rosyjskiego”. Potem zaliczył Butyrki. Tu poznał na własnej skórze nie tylko „trudności mieszkaniowe” (w celi dla stu osób upchano ponad trzystu), doświadczył też tortury bezsennych nocy.
Historyka przesłuchiwał sam Feliks Dzierżyński. Po burzliwej trzygodzinnej dyskusji, w której trakcie (według słów Mielgunowa) udało mu się prawie „przeagitować” samego „żelaznego Feliksa”, obwiniając go o bezprawne działania terrorystyczne, Mielgunow zostaje wypuszczony na wolność. Poręczył za niego sam Dzierżyński.
Po kilku dniach na rozkaz Jakowa Petersa został aresztowany ponownie. Wolność odzyskał dzięki interwencji Władimira Korolenki, byłych współpracowników i autorów publikacji w „Głosie przeszłości” – bolszewików Płatona Kierżeńcewa, Fritze, Dawida Riazanowa.