Для его спасения в Сталинабад был вызван доктор Войно-Ясенецкий. После успешной операции Валентину Феликсовичу было предложено возглавить Сталинабадский НИИ; он ответил, что согласится только в случае восстановления городского храма, в чём было отказано. Профессора стали приглашать на консультации, разрешили читать лекции для врачей. Он продолжил опыты с мазями В.М. Вальнёвой. Более того, ему разрешили выступить на страницах газеты с опровержением клеветнической статьи «Медицина и знахарство». 24 июля 1937 г. Валентин Феликсович был арестован в третий раз. В вину епископу вменялось создание «контрреволюционной церковно-монашеской организации», проповедовавшей недовольство советской властью и проводимой политикой, контрреволюционные взгляды о внутреннем и внешнем положении СССР, клеветнические взгляды о компартии и вожде народов, пораженческие взгляды в отношении СССР в предстоящей войне с Германией, указывание на скорое падение СССР (т.е. преступления, предусмотренные ст. 66 ч. 1, ст. 64 и 60 УК Узбекской ССР). Следствие получило признания в контрреволюционной деятельности проходивших по тому же делу епископов Евгения (Кобранова), Бориса (Шипулина), Валентина (Ляходского), иереев Михаила Андреева, Венедикта Багрянского, Ивана Середы и других о существовании контрреволюционной организации и планов по созданию сети контрреволюционных групп при церковных общинах, а также о вредительской деятельности Войно-Ясенецкого – убийствах пациентов на операционном столе и шпионаже в пользу иностранных государств. Несмотря на длительные допросы методом «конвейера» (13 суток без сна), Лука отказывался признаваться в членстве в контрреволюционной организации и называть имена «заговорщиков». Вместо этого он объявляет голодовку, продлившуюся 18 суток. О своих политических взглядах он сообщал следующее: «Что касается политической приверженности, я являюсь до сих пор сторонником партии кадетов…, я был и остаюсь приверженцем буржуазной формы государственного управления, которая существует во Франции, США, в Англии… Я являюсь идейным и непримиримым врагом Советской власти. Это враждебное отношение у меня создалось после Октябрьской революции и осталось до сего времени…, так как не одобрял её кровавых методов насилия над буржуазией, а позднее, в период коллективизации мне было особенно мучительно видеть раскулачивание кулаков. …Большевики – враги нашей Православной Церкви, разрушающие церкви и преследующие религию, враги мои, как одного из активных деятелей церкви, епископа». В начале 1938 г. так ни в чём не признавшийся епископ Лука был переведён в центральную областную тюрьму Ташкента. Уголовное дело в отношении группы священников было возвращено из Москвы на доследование, и материалы в отношении Войно-Ясенецкого были выделены в отдельное уголовное производство. Летом 1938 г. были вызваны бывшие коллеги профессора Войно-Ясенецкого из ТашМИ Г.А. Ротенберг, М. И. Слоним, Р. Федермессер, которые сообщили о его контрреволюционной деятельности. 29 марта 1939 г. Лука, ознакомившись со своим делом и не найдя там большинства своих показаний, написал дополнение, приложенное к делу, где о его политических взглядах сообщалось: «Я всегда был прогрессистом, очень далёким не только от черносотенства и монархизма, но и от консерватизма; к фашизму отношусь особенно отрицательно. Чистые идеи коммунизма и социализма, близкие к Евангельскому учению, мне были всегда родственными и дорогими; но методов революционного действия я, как христианин, никогда не разделял, а революция ужаснула меня жестокостью этих методов. Однако я давно примирился с нею, и мне весьма дороги её колоссальные достижения; особенно это относится к огромному подъёму науки и здравоохранения, к мирной внешней политике Советской власти и к мощи Красной Армии, охранительницы мира. Из всех систем государственного устройства Советский строй я считаю, без всякого сомнения, совершеннейшим и справедливым. Формы государственного строя США, Франции, Англии, Швейцарии я считаю наиболее удовлетворительными из буржуазных систем. Признать себя контрреволюционером я могу лишь в той мере, в какой это вытекает из факта заповеди Евангелия, активным же контрреволюционером я никогда не был…» Ввиду расстрела основных свидетелей, дело рассматривалось на Особом совещании НКВД СССР. Приговор пришёл только в феврале 1940 г.: пять лет ссылки в Красноярский край. С марта 1940 г. Лука работал хирургом в ссылке в районной больнице в Большой Мурте, что в 120 км к северу от Красноярска.