Одновременно у горотделов милиции и КГБ также собралась агрессивно настроенная толпа, которая оттеснила охранявших здания военнослужащих 505-го полка внутренних войск и предприняла попытку ворваться в отдел милиции через выбитые окна и двери с целью освободить задержанных. Одному из нападавших удалось вырвать из рук рядового Репкина автомат, и из захваченного оружия он пытался открыть огонь по военнослужащим. Опередив его, военнослужащий Азизов произвел несколько выстрелов и убил его. При этом были убиты еще четыре лица из числа нападавших, другие нападавшие получили ранения. Более 30 нападавших были задержаны.

Несмотря на расстрел, выступления в городе продолжались. Отдельные митингующие бросали камни в проезжавших солдат, пытались заблокировать движения по улицам. Не было внятной информации о случившемся, по городу ползли самые жуткие слухи о людях, расстрелянных из пулеметов чуть ли не сотнями, о танках, давящих толпу. Некоторые призывали убивать уже не только руководителей, но и всех коммунистов и «всех очкастых».

В городе объявили комендантский час и стали транслировать записанное на магнитофон обращение Микояна. Оно не успокоило жителей, а вызвало только раздражение. 3 июня многие продолжали бастовать, а перед зданием горкома опять начали собираться люди, численностью до 500 человек. Они требовали отпустить задержанных в результате уже начавшихся арестов. Около 12:00 власти начали активную агитацию с помощью лояльных рабочих, дружинников и партактива, как в толпе, так и на заводах. После чего по радио выступил Ф. Р. Козлов. Он возложил всю вину за произошедшее на «хулиганствующих элементов», «застрельщиков погромов», и представил ситуацию так, что стрельба у горкома началась из-за просьбы 9 представителей митингующих о наведении порядка в городе. Также он пообещал некоторые уступки в торговле и нормировании труда. В результате принятых мер, а также начавшихся арестов (в ночь с 3 на 4 июня было задержано 240 человек), ситуация постепенно стала нормализовываться (В. А. Козлов, «Неизвестный СССР. Противостояние народа и власти 1953–1985 гг.», Москва, издательство «ОЛМА-ПРЕСС, 2006 год).

В больницы города с огнестрельными ранениями обратилось 45 человек, хотя пострадавших было гораздо больше (по официальным данным – 87 человек): возможно, люди не хотели говорить о том, где были получены ранения, боясь преследования.

Погибло 24 человека, еще два человека убиты вечером 2 июня при невыясненных обстоятельствах (по официальным данным). Все тела погибших поздно ночью вывезли из города и похоронили в чужих могилах, на разных кладбищах Ростовской области. Спустя 30 лет, в 1992 году, когда документы были рассекречены и сняты расписки, которые давали свидетели событий, останки 20 погибших нашли на кладбище Новошахтинска, все останки были идентифицированы и захоронены в Новочеркасске (газета «Вести». «45 лет Новочеркасской трагедии», 2007 год).

Позднее в Новочеркасске прошел суд над «зачинщиками беспорядков». Они были выявлены благодаря агентам, которые специально делали фотографии возмутившейся толпы. Тех, кто на этих снимках шел в первых рядах и вел себя наиболее активно, вызывали в суд. Им были предъявлены обвинения в бандитизме, массовых беспорядках и попытке свержения Советской власти, почти все участники признавали себя виновными.

Семеро из «зачинщиков» (Александр Зайцев, Андрей Коркач, Михаил Кузнецов, Борис Мокроусов, Сергей Сотников, Владимир Черепанов, Владимир Шуваев) были приговорены к смертной казни и расстреляны, остальные 105 получили сроки заключения от 10 до 15 лет с отбыванием в колонии строгого режима.