Polscy oficerowie, jako przedstawiciele elity intelektualnej i państwowej, byli mordowani już w pierwszych godzinach po sowieckiej agresji z 17 września. W październiku 1939 r. eksterminacji wziętych do niewoli obrońców nadano pozory sprawiedliwości. W uzasadnieniu jednego z wyroków sowieckiego „wymiaru sprawiedliwości” podkreślono: „Będąc wrogo nastawionym do władzy sowieckiej i partii komunistycznej, 20 września 1939 r. jako porucznik byłego Wojska Polskiego, w momencie wkroczenia pierwszego radzieckiego czołgu do Grodna, zorganizował z zamiarem przejęcia władzy uzbrojoną grupę spośród oficerów, żołnierzy byłego Wojska Polskiego i studentów, w ilości 50 osób do walki przeciwko władzy radzieckiej i Armii Czerwonej”.W przeciwieństwie do tych jawnie podejmowanych aktów terroru decyzja o wymordowaniu przedstawicieli polskich elit na zawsze miała pozostać tajemnicą wąskiego kręgu Biura Politycznego KC WKP(b).
Pierwsze rysy na budowanej od 5 marca 1940 r. zmowie milczenia pojawiły się już latem 1941 r. 14 sierpnia podpisana została polsko-sowiecka umowa o tworzeniu oddziałów Polskich Sił Zbrojnych na terenie ZSRS. Ich bazą rekrutacyjną mieli być obywatele RP „amnestionowani” w wyniku umowy Sikorski-Majski. Bardzo szybko okazało się, że liczba oficerów zgłaszających się do miejsc rekrutacji jest bardzo niewielka. Józefowi Czapskiemu, jednemu z nielicznych ocalałych z obozu w Starobielsku, powierzono zadanie odnalezienia towarzyszy niewoli oraz jeńców z dwóch pozostałych obozów. Czapski stanął na czele Biura Opieki. Prowadząc swoiste śledztwo, rozmawiał nie tylko z polskimi jeńcami i więźniami łagrów, ale również sowieckimi urzędnikami i enkawudzistami. Część z nich sugerowała, że zaginieni jeńcy zostali wysłani na najdalsze wyspy na Morzu Arktycznym.Podobne przekonanie wyrażała część towarzyszy niewoli, którzy uniknęli śmierci.
W tym samym czasie dowódcy tworzącej się armii oraz ambasador RP Stanisław Kot interweniowali u władz ZSRS. W odpowiedzi słyszeli niewiarygodne wersje wydarzeń, takie jak opowieść o ucieczce polskich jeńców do Rumunii. Do historii przeszła wymiana zdań między gen. Sikorskim a Stalinem podczas rozmów w grudniu 1941 r. Na pytanie polskiego premiera sowiecki dyktator stwierdził, że tysiące polskich jeńców uciekło do Mandżurii. Wiosną 1942 r. polskie władze zwróciły się do Brytyjczyków o wsparcie w poszukiwaniach. Szef brytyjskiego MSZ Anthony Eden zabronił dyplomatom angażować się w narastający m.in. wokół tej sprawy konflikt polsko-sowiecki. Kwestia ta pojawiła się jednak w raporcie przygotowanym dla Ministerstwa Wojny przez ppłk. Lesliego Hullsa: „Uwięzieni w Kozielsku, Starobielsku i Ostaszkowie po prostu znikli bez śladu (w łącznej liczbie 8300). Od 1940 r. nikt o nich nie słyszał i mimo obietnicy złożonej osobiście przez Stalina gen. Sikorskiemu i gen. Andersowi los tych oficerów pozostaje całkowitą tajemnicą”.
Sprawa wydawała się tym bardziej tajemnicza z powodu meldunków wywiadu Armii Krajowej, który nie posiadał jakichkolwiek informacji o ewentualnym przekazaniu tych jeńców stronie niemieckiej. Kontakty z rodzinami zaginionych wskazywały, że żaden z nich nie uciekł do rodziny zamieszkałej na terenie okupacji niemieckiej.
Badający zaginięcie swoich kolegów systematycznie zbliżali się do prawdy. Ważne zeznania złożył więzień Starobielska por. Bronisław Młynarski, który powiedział, że między 5 a 26 kwietnia z obozu w nieznanym kierunku wywożono polskich jeńców. Jeszcze pełniejszą, anonimową relację złożył Stanisław Swianiewicz, który opisał swoją podróż do stacji w Kozielsku i oddzielenie od pozostałych kolegów, którzy zostali wywiezieni w głąb lasu autobusami z zamalowanymi szybami.
Wiosną 1942 r. część prawdy o losach polskich jeńców nieświadomie odkryli polscy robotnicy przymusowi, którzy dowiedzieli się o kaźni od miejscowych mieszkańców. „Ziemia jest jeszcze zamarznięta, ale nie muszą głęboko kopać. Wystarczy ściągnąć wierzchnią warstwę poszycia, by łopata zaplątała się w wojskowy płaszcz” – wspominał pochodzący z Warszawy Henryk Troszczyński. Ustawiony przez nich drewniany krzyż prawdopodobnie był jedną ze wskazówek, która doprowadziła Niemców do miejsca mordu.
„Wiadomości – rano o znalezieniu przez Niemców pod Smoleńskiem grobu 11 tys. Polaków zamordowanych przez bolszewików” – zapisano w „Dzienniku czynności Prezydenta RP Władysława Raczkiewicza” pod datą 13 kwietnia 1943 r. Dwa dni później w „Dzienniku Polskim” ukazał się artykuł podsumowujący dotychczasowe wieści przekazywane przez Niemców. Już jego tytuł wskazywał, że podstawowym żądaniem władz RP jest ujawnienie wszystkich okoliczności zbrodni: „Sprawa zaginionych oficerów polskich. Huraganowy ogień propagandy niemieckiej – nakaz ujawnienia prawdy Kozielska i Starobielska”. Tego samego dnia premier Sikorski i ambasador Edward Raczyński zostali przyjęci przez premiera Wielkiej Brytanii. Winston Churchill zaznaczył, że niemiecka propaganda może tym razem mówić prawdę. „Wiem, do czego bolszewicy są zdolni i jak umieją być okrutni,wszystko to znam i liczne wasze trudności rozumiem. Często bardzo podzielam wasze stanowisko. Inna atoli polityka nie jest możliwa. Obowiązkiem naszym bowiem jest tak postępować, by uratować postawione przez nas cele zasadnicze i najskuteczniej im służyć” – podkreślił. Słowa Churchilla, w których przedkładał interes koalicji ponad wyjaśnienie okoliczności zbrodni, wyznaczyły stosunek Wielkiej Brytanii do kwestii katyńskiej.
Wbrew opinii swojego sojusznika rząd RP zwrócił się z prośbą o wyjaśnienie sprawy do Międzynarodowego Czerwonego Krzyża. Podobną prośbę wystosowała działająca pod okupacją niemiecką Rada Główna Opiekuńcza. Rząd zwrócił się również do Stolicy Apostolskiej. Rozpoczęto też systematyczne zbieranie relacji napływających od Polaków przyjeżdżających do Katynia. Dzięki nim władze RP już pod koniec kwietnia były przekonane, że mord nastąpił w 1943 r. Niezwykle poważnie traktowano także napływające z okupowanego kraju raporty dotyczące nastrojów społecznych. „Propaganda niemiecka bardzo wydajnie zużytkowuje w prasie i przy pomocy megafonów fakt morderstwa na Koziej Górze i stara się nastawić opinię polską przeciw Sowietom, Aliantom i Rządowi Polskiemu. Reakcja ludności polskiej wyraża się w oburzeniu na bolszewików,przy jednoczesnym podkreślaniu analogicznych mordów niemieckich” – czytamy w jednym z raportów.
Jednocześnie władze ściśle kontrolowały przekaz mediów, tak aby nie dopuścić do sytuacji, w której mówiłyby jednym tonem z propagandą niemiecką. „My Polacy całą siłą woli staramy się powstrzymać od wydania przedwczesnego wyroku. Staramy się nie poddawać nasuwającym się podejrzeniom, które mogłyby wywołać odruch uczucia w wydaniu sądu o nieujawnionych zbrodniarzach” – pisał anonimowy autor artykułu „Nad grobami polskich żołnierzy” na łamach „Dziennika Polskiego”. Wyjątkiem stał się jedynie nekrolog na łamach „Wiadomości Polskich”, w którym jednoznacznie wskazano sprawców mordu.
Nastroje tonowali również polscy dowódcy, także ci, którzy przeszli przez nieludzką ziemię. W czasie nabożeństwa żałobnego w Bagdadzie gen. Władysław Anders powiedział: „Pamiętajcie zawsze, że tam w Sowietach mamy jeszcze setki tysięcy ludzi, setki tysięcy dzieci wygłodniałych… Staje się zbrodnia za zbrodnią, a jednak wierzę głęboko, jak was tu przed sobą widzę, że sprawiedliwość zawsze w końcu zwycięży i nasza sprawa polska, tak jasna, tak sprawiedliwa i tak rzetelna musi zatriumfować pomimo strat, pomimo krwi, którą każdy w swej rodzinie ma już przelaną, i że musimy osiągnąć swój cel”.
Po 24 kwietnia władze RP nie mogły mieć już złudzeń co do postawy rządów sojuszniczych w walce o prawdę o wydarzeniach pod Smoleńskiem. Tego dnia w rozmowie z premierem Sikorskim minister Anthony Eden zaapelował do rządu RP o wycofanie wniosku z Międzynarodowego Czerwonego Krzyża i stwierdzenie, że pełną odpowiedzialność za mord ponosi strona niemiecka. „Po stronie Rosji jest siła – po naszej sprawiedliwość” – odpowiedział gen. Sikorski. Dzień później, w nocy z wielkanocnej niedzieli na poniedziałek, ambasador RP w ZSRS otrzymał decyzję Komisariatu Spraw Zagranicznych o „zawieszeniu” stosunków dyplomatycznych. „Rząd Sowiecki zdaje sobie sprawę, że ta wroga kampania przeciw Związkowi Sowieckiemu została przedsięwzięta przez Rząd Polski, aby wywrzeć nacisk na Rząd Sowiecki, przy użyciu hitlerowskiego,oszczerczego fałszu celem wydarcia odeń terytorialnych koncesji kosztem interesów Sowieckiej Ukrainy, Sowieckiej Białorusi i Sowieckiej Litwy” – orzekał komisarz Wiaczesław Mołotow, którego podpis widniał pod decyzją o wymordowaniu jeńców. W ten sposób narodził się kolejny element budowanego od jesieni 1941 r. kłamstwa katyńskiego. Związek Sowiecki do narracji o „ucieczce” i „współpracy polsko-niemieckiej w prowokacji wymierzonej w ZSRS” dodał trzeci element: powiązanie sprawy katyńskiej z przyszłością wschodnich granic RP.Związek Sowiecki do narracji o „ucieczce” i „współpracy polsko-niemieckiej w prowokacji wymierzonej w ZSRS” dodał trzeci element: powiązanie sprawy katyńskiej z przyszłością wschodnich granic RP.Związek Sowiecki do narracji o „ucieczce” i „współpracy polsko-niemieckiej w prowokacji wymierzonej w ZSRS” dodał trzeci element: powiązanie sprawy katyńskiej z przyszłością wschodnich granic RP.
W kolejnych miesiącach rząd na uchodźstwie podtrzymywał swoje dotychczasowe stanowisko. Zgodnie z sugestiami Brytyjczyków ograniczał jednak publiczną krytykę działań ZSRS. W początkach 1944 r. kłamstwo katyńskie zostało „uwiarygodnione” raportem komisji chirurga Nikołaja Burdenki, która „wyjaśniła”, że zbrodni na polskich oficerach dopuścili się Niemcy jesienią 1941 r. Do wsparcia sowieckiej wersji wydarzeń użyto również żołnierzy podporządkowanej Sowietom 1. Dywizji Piechoty im. Tadeusza Kościuszki, którzy w styczniu 1944 r. wzięli udział w uroczystości żałobnej w miejscu mordu. Na miejsce przybyli też zachodni korespondenci i dyplomaci, którym przedstawiono dowody zbrodni.
W 1945 r. władze na uchodźstwie w ramach 2. Korpusu Polskiego powołały biuro „K” („Kostar” – Kozielsk, Ostaszków, Starobielsk). Jego zadaniem miało być zbadanie losów zamordowanych i ocalałych oficerów. Celem miało być późniejsze rozliczenie zbrodni i jej dokładne udokumentowanie, niezależnie od ustaleń niemieckich. Stosunkowo szybko udało się zgromadzić ogromną dokumentację i już w 1945 r. opublikować liczące niemal pół tysiąca stron angielskojęzyczne opracowanie poświęcone polskim jeńcom w ZSRS w latach 1939–1941. Wysiłki biura „K” wspierali na emigracji m.in. Ferdynand Goetel i Józef Mackiewicz, którzy miejsce zbrodni odwiedzili w 1943 r. M.in. dzięki pracom biura „K” w 1949 r. w Londynie ukazała się „Lista katyńska” zawierająca nazwiska zamordowanych i zaginionych.
W 1946 r. rząd na uchodźstwie opublikował po polsku i angielsku broszurę „Masowe morderstwo polskich jeńców wojennych w Katyniu”. W podsumowaniu dotychczasowych ustaleń autorzy zadali „niewygodne pytania” wymierzone w „ustalenia” komisji Burdenki: „Z jakich powodów nie dano wiary wynikom badań niemieckich co do mordu katyńskiego, badań z udziałem osób postronnych, a dano wiarę wynikom badań sowieckich, badań bez udziału osób postronnych?”. Autorzy pytali też, dlaczego Niemcy mieliby rozstrzelać wyłącznie polskich jeńców z tych trzech obozów, podczas gdy wszyscy inni doczekali końca wojny.
W tym samym czasie celem polskiego rządu stało się powstrzymanie sowieckich wysiłków na rzecz obarczenia winą za mord niemieckich zbrodniarzy sądzonych w Norymberdze. Alianckim prokuratorom udało się dostarczyć wydawnictwa poświęcone zbrodni. Pośrednikiem był płk Henry Szymański, który w 1942 r. jako łącznik między polską a amerykańską armią badał sprawę zaginionych. Ostatecznie Trybunał Norymberski de facto uwolnił Niemców od odpowiedzialności za czyn. Polska emigracja nabrała przekonania, że dzięki tej decyzji będzie możliwe zainteresowanie mordem instytucji państw demokratycznych i gremiów międzynarodowych.
Nadzieje na symboliczne rozliczenie zbrodni i podtrzymanie pamięci o niej pojawiły się w momencie zaostrzenia zimnej wojny w wyniku konfliktu w Korei. W 1951 r. Izba Reprezentantów Kongresu Stanów Zjednoczonych powołała do życia specjalną Komisję Śledczą do Zbadania Faktów, Dowodów i Okoliczności Mordu w Lesie Katyńskim, od nazwiska jej przewodniczącego nazywaną komisją Maddena. Do końca 1952 r. przeprowadziła ona śledztwo, gromadząc dowody rzeczowe oraz przesłuchując przeszło 100 świadków. Dochodzenie zaowocowało przyjęciem raportu końcowego, stwierdzającego, że Związek Sowiecki ponosi odpowiedzialność za zbrodnię popełnioną na Polakach w 1940 r. Prace komisji spotkały się z ofensywą propagandową reżimu komunistycznego w Polsce, który na łamach podporządkowanych sobie mediów przypominał sowieckie wersje wydarzeń.Ministerstwo Bezpieczeństwa Publicznego przygotowało materiały propagandowe dla środowisk komunistycznych w USA, sugerującm.in. powiązania członków komisji z Niemcami.
Przez cały okres zimnej wojny środowiska emigracyjne obchodziły kolejne rocznice zbrodni. Najważniejszym symbolem pamięci stał się odsłonięty 11 listopada 1976 r. Pomnik Katyński w Londynie. Przy tej okazji prezydent Stanisław Ostrowski odznaczył zamordowanych Krzyżami Orderu Virtuti Militari. Rząd brytyjski zabronił swoim żołnierzom i oficerom udziału w uroczystości odsłonięcia monumentu. Polecenie to zostało zlekceważone przez jednego szkockiego oficera. W latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych pomniki i tablice upamiętniające ofiary mordu powstały w wielu skupiskach Polaków na kilku kontynentach.
Próby upamiętnienia zabitych podejmowano również w PRL. 2 listopada 1956 r. na Cmentarzu Powązkowskim obok pomnika Gloria Victis ustawiono drewniany krzyż, na którym zawieszono tabliczkę z napisem „Symboliczny grób 12000 oficerów polskich zamordowanych w Katyniu. Byli Polakami, zginęli na ziemi obcej z rąk okrutnego wroga. Należy im się pamięć i cześć”. Przez kilkanaście godzin pod krzyżem zapalano znicze i składano kwiaty. W nocy został usunięty przez milicję. Podobne krzyże ustawiano także w kolejnych latach.
W połowie lat siedemdziesiątych komunistyczna cenzura wydała instrukcję uszczegóławiającą pojawianie się w publikacjach słowa „Katyń”. „Należy eliminować określenie +jeńcy wojenni+ w odniesieniu do żołnierzy i oficerów polskich internowanych przez Armię Czerwoną we wrześniu 1939 r. Właściwym określeniem jest termin +internowani+. Mogą być zwalniane nazwy obozów: Kozielsk, Starobielsk, Ostaszków, w których byli internowani polscy oficerowie, rozstrzelani później przez hitlerowców w lasach katyńskich”. Wkrótce monopol informacyjny posiadany przez władze komunistyczne miał zostać przełamany i sprawa katyńska ponownie miała się pojawić w przestrzeni publicznej.
Rodzące się ruchy opozycyjne również stawiały sobie za cel odkłamywanie polskiej historii. W 1977 r. w Warszawie powołano Społeczny Instytut Pamięci Narodowej im. Józefa Piłsudskiego. Jego nakładem ukazała się wielokrotnie wznawiana broszura „Katyń”. Rok później w Krakowie powołano Instytut Dokumentacji Zbrodni Katyńskiej. Jego zasługą było pierwsze krajowe wydanie Raportu Maddena. Prawdziwym przełomem w przybliżaniu prawdy było wydanie w 1979 r. przez Niezależną Oficynę Wydawniczą „Zbrodni katyńskiej w świetle dokumentów” Józefa Mackiewicza i Zdzisława Stahla. Do 1989 r. ukazało się trzynaście wydań tej fundamentalnej pracy. Wielkim poważaniem cieszyła się też praca prof. Jerzego Łojka „Dzieje sprawy Katynia”. Po 1981 r. w podziemiu ukazywały się także znaczki „Poczty Solidarności”, m.in. z Matką Boską Kozielską.
Wielką rolę symboliczną odgrywały też odezwy organizacji opozycyjnych. „Wzywamy naszych współobywateli w kraju i na wychodźstwie do godnego uczczenia smutnej rocznicy Katynia, nie w duchu zemsty, lecz w duchu prawdy i braterstwa wszystkich ludzi dobrej woli, wszystkich narodów. Przestrzegamy zarazem władze PRL, że przeciwdziałanie represyjne zdecydowanej, naturalnej woli narodu, aby uczcić pamięć ofiar zbrodni katyńskiej wzbudziłoby pogardę społeczeństwa” – pisali w kwietniu 1980 r. członkowie Komitetu Samoobrony Społecznej „KOR”. Rok 1980 był szczególnie bogaty w próby upamiętniania ofiar. Władze były jednak wyjątkowo dobrze przygotowane do ich udaremniania. 13 kwietnia SB zablokowała cmentarz na Powązkach. Na dramatyczny gest zdecydował się były żołnierz Armii Krajowej Walenty Badylak,który w proteście przeciw tuszowaniu prawdy o zbrodni dokonał aktu samospalenia na Rynku Głównym w Krakowie.
31 lipca 1981 r. członkowie zawiązanego kilka miesięcy wcześniej Komitetu Obywatelskiego Budowy Pomnika Katyńskiego ustawili na Cmentarzu Powązkowskim kamienny krzyż z datą „1940”, napisem „Katyń” i orłem w koronie. Jeszcze tej samej nocy nieznani sprawcy wywieźli pomnik. W 1985 r. władze komunistyczne wybudowały własny pomnik z kłamliwym napisem „Żołnierzom polskim, ofiarom hitlerowskiego faszyzmu spoczywającym w ziemi katyńskiej – 1941”. „Panuje przekonanie, że dla Jaruzelskiego oznacza to wręcz całkowity upadek na dno narodowej zdrady” – skomentował jeden ze szwajcarskich dzienników.
Słowa wsparcia dla polskich wysiłków napływały także ze wschodu. „W te pamiętne i bolesne dla Polski dni my, sowieccy obrońcy praw człowieka, chcemy raz jeszcze zapewnić naszych polskich przyjaciół, a w ich osobach cały naród polski, że nikt z nas nigdy nie zapomniał i nie zapomni o tej odpowiedzialności, jaką nasz kraj ponosi za zbrodnię popełnioną przez jego oficjalnych przedstawicieli w Katyniu” – stwierdzali w 1980 r. czołowi antysowieccy dysydenci, m.in. Tomas Venclova i Natalia Gorbaniewska. Jednocześnie wyrażali przekonanie, że wkrótce nastąpi przełom, po którym „nasz naród odda to, co im należne, wszystkim uczestnikom tej tragedii, zarówno katom, jak i ofiarom: jednym w miarę ich zbrodni, drugim w miarę ich męczeństwa”.
Na przełom trzeba było czekać jeszcze dekadę. Zanim nastąpił na Kremlu, jego zapowiedzi pojawiły się w PRL. W kwietniu 1989 r. delegacja Rady Ochrony Pamięci Walk i Męczeństwa z jej przewodniczącym gen. dyw. pil. Romanem Paszkowskim wraz z grupą rodzin ofiar mordu pobrała w Katyniu urnę z ziemią, która 18 kwietnia 1989 r. została uroczyście złożona w Grobie Nieznanego Żołnierza w Warszawie oraz w Dolince Katyńskiej. Usunięty w 1981 r. pomnik społeczny został podrzucony na teren Cmentarza Wojskowego na Powązkach w nocy z 5 na 6 lipca 1989 r. przez „niezidentyfikowane osoby”. W mediach PRL coraz częściej pojawiały się informacje o Katyniu, w których nie wymieniano sprawców czynu. W marcu 1989 r. rzecznik rządu PRL Jerzy Urban stwierdził, że zbrodnię popełniło „stalinowskie NKWD”.Ten sposób określania sowieckiej zbrodni utrzymano również podczas wizyty premiera Tadeusza Mazowieckiego w ZSRS w listopadzie 1989 r.
Symboliczny przełom nastąpił 13 kwietnia 1990 r. Agencja informacyjna TASS wydała oświadczenie władz ZSRS, w którym oficjalnie potwierdzono, że polscy jeńcy wojenni zostali rozstrzelani wiosną 1940 r. przez NKWD. Moskwa wyraziła głębokie ubolewanie z powodu tej tragedii, nazywając ją „jedną z najcięższych zbrodni stalinizmu”. Tego samego dnia prezydent ZSRS Michaił Gorbaczow przekazał prezydentowi Wojciechowi Jaruzelskiemu kopie części dokumentów archiwalnych, w tym listy więźniów skierowanych w kwietniu i maju 1940 r. z obozu jenieckiego w Kozielsku do Smoleńska oraz z obozu w Ostaszkowie do Kalinina, a także wykaz akt ewidencyjnych jeńców wywiezionych z obozu NKWD w Starobielsku. Jednocześnie władze sowieckie rozpoczęły śledztwo w sprawie mordu, które dostarczyło wielu bezcennych materiałów,takich jak zeznania ostatnich żyjących funkcjonariuszy NKWD. Zwieńczeniem upamiętnienia było otwarcie w 2000 r. trzech cmentarzy: w Charkowie, Katyniu i Miednoje. W 2012 r., po trwających kilka lat ekshumacjach, otwarto cmentarz w Bykowni koło Kijowa.
Dziś największymi białymi plamami sprawy katyńskiej pozostają tzw. lista białoruska oraz miejsce ukrycia zwłok pomordowanych. Większość z nich została pogrzebana prawdopodobnie w podmińskich Kuropatach. Bez pełnego otwarcia rosyjskich archiwów niemożliwe jest również wyjaśnienie kwestii ewentualnego zniszczenia teczek polskich oficerów, którego miano dokonać na podstawie tzw. notatki Szelepina z 1959 r.