伽利略在《对话》前言中说，他只把地动说当做一种假说，但是，眼明的人一眼就会看出伽利略是多么热爱他的学说。
于是，伽利略的敌人向教皇乌尔班八世证明，《对话》是对神圣教会的致命威胁，它对教会来说，比新教的路德和加尔文更可怕。
甚至有人对教皇说，《对话》的书中有教皇的影子，伽利略在书中放肆地把科学权威和教会权威对立起来。他们还找出一些例句以证明伽利略对教皇的不恭敬。
伽利略的敌人太多了，又有一些人把1616年那份贝拉明没有签名的记录找出来给乌尔班八世看，这份文件上写得很清楚，上任教皇禁止伽利略讨论哥白尼的学说。
乌尔班八世被激怒了，他认为伽利略在有意欺骗和侮辱他。
1632年9月的一天，伽利略正在家中处理来自全国各地的来信，所有的来信都是索求伽利略的《对话》一书的。但是，此时《对话》早已是销售一空，加上上个月罗马教廷已下令不准再印刷，伽利略不得不给每个来信者回信解释，表示道歉。
这天中午，一个陌生人来到伽利略的家中。伽利略起初以为是向他索取《对话》这本书的，因为自从《对话》出版以后，登门求书的认识和不认识的人有很多，所以眼前的这个陌生人伽利略也并没有多加注意。
没有想到这个陌生人，坐在椅子上，慢条斯理地说道：“伽利略先生，我不是来买书的，我是罗马教会派来的，有人已告到教皇那里，说你散布异端邪说，反对教会。教皇非常生气，已下令把你的书列为禁书，我奉命而来，收缴你剩余的所有书籍。”
伽利略这才意识到，问题不是那样的简单，也不仅仅是将《对话》列为禁书就能解决的。
伽利略对陌生人说：“先生，很抱歉，我现在一本也没有了。”
但是，陌生人满脸全是狐疑，说道：“伽利略先生，我是奉罗马教会之命来找你的，你若不把书交出来，只能回去如实汇报了。”
伽利略感觉这个陌生人的话语中，有种带有威胁的意味，于是非常的愤怒，并且义正词严地告诉陌生人，他手里一本书也没有了。
陌生人看到伽利略生气了，于是说了一些客气话就匆匆离开了。
但是，不到一个月，伽利略的家中又来了一个陌生人。这个人对伽利略说道：“我是罗马教会派来的，他们提出想见见你，并且要求你本月底之前到罗马去。”
第二天，伽利略来到宫廷，向新托斯卡纳大公斐迪南二世诉说了他的《对话》一书出版后惹出了麻烦，受到了罗马教会的严厉谴责。
斐迪南二世下令，由佛罗伦萨驻罗马大使尼科利尼去罗马教廷了解事情的真相。
过了数日，尼科利尼回函禀报说：
据教廷内部人员透露，教廷的几位红衣大主教曾多次召开会议，研讨伽利略教授的《对话》一书，认为该书表面上好像是批判哥白尼的学术观点，而内容的实质是拥护哥白尼的地动日静说，反对、批驳托勒密的地静日动说。伽利略教授的这些观点确实激怒了新教皇。乌尔班八世认为，伽利略违背了1616年上任教皇禁止伽利略宣扬哥白尼学说的禁令。说伽利略是有意与教廷的权威挑战，是对教皇的侮辱和欺骗。
9月4日，乌尔班八世给尼科利尼大使发来一封公函：
贵国学者伽利略，他的《对话》是对《圣经》的侮辱和挑战。最严重，也最危险的是：他书中的观点最终目的是要推翻教廷，打倒教皇，引起社会的骚乱！
托斯卡纳大公看到教皇的公函，知道了事情的严重性。于是继续派尼科利尼大使从中斡旋，在教皇尚未给伽利略定罪之前，希望对伽利略手下留情。
尼科利尼大使通过各种渠道，与教廷的几位红衣大主教接触，请他们帮忙，劝说教皇网开一面，对伽利略从轻处罚，并准备亲自拜见教皇，转达托斯卡纳宫廷和美第奇家族希望宽恕伽利略的愿望。
这个时候，伽利略给贝拉明主教写信，他在信中写道：“亲爱的贝拉明主教，你可能已经知道了罗马发生了一些关于对我不利的事情，我不知是什么原因，最近一段时间有两个自称是罗马教会派来的人对我进行威胁，我不知道是你的意思，还是教皇的意思。不过，我隐隐感觉将会发生对我不利的事情，我远离罗马，不知详情。烦请你替我探听一些有关的情况，并在适当的时机替我说上两句，我将万分感动。”
贝拉明收到伽利略的来信后，联系了几个伽利略以前的朋友，前往教廷，打探情况。并且向教皇进言，说此事肯定有误会，伽利略对教皇那么的崇敬，怎么可能在书中恶意的丑化、讽刺、嘲笑教皇呢？
教皇告诉贝拉明，伽利略确实是个人才，也是意大利优秀的科学家，但是他不能容忍伽利略对教皇进行侮辱，那样是大逆不道的，所以，他将下令传伽利略来罗马，接受审讯，将一切都解释清楚。
不久，乌尔班八世派人给尼科利尼大使捎来口谕说：“教廷不管伽利略是著名科学家或者是美第奇家族的后裔，只要违背了教规就要给予惩罚。伽利略维护的地动日静说16年前就受到了警告。如今他出版《对话》，继续散布这一非常有害的观点。他已经卷入了一桩麻烦的案件，势态十分危险。请大使先生转告斐迪南二世大公，问题比他设想的要严重得多。请佛罗伦萨当局也要严加管教伽利略，不应当再让他去毒害他的学生和到处传授异端邪说。”
至此，尼科利尼大使的斡旋已经到了山穷水尽的地步。
1632年9月30日，罗马宗教法庭向佛罗伦萨教会下达一项命令。
宗教法庭责成佛罗伦萨教会通知伽利略，请他务必于本年10月末以前迅速来到罗马，听候法庭的调查与审讯。
贝拉明见教皇主意已定，而且态度坚定，知道无法再劝，于是告诉教皇，伽利略已是七旬的老人了，而且听说近期身体不太好，从佛罗伦萨到罗马路途遥远，如果下令立刻就到来的话，很可能就会死在路上。
教皇听了贝拉明等人的劝说后，指示罗马教廷命佛罗伦萨教会首领派医生前往伽利略的家，察看伽利略的病情，并且将有关情况报告罗马。
医生给伽利略检查了身体，他对伽利略说：“以你目前的身体状况，你不能去罗马，否则，你可能会毙命在途中。”
伽利略在威尼斯的一些朋友，听到了这件事情，纷纷来信要求伽利略去威尼斯。他们告诉伽利略，听说罗马教廷要把伽利略投入监狱，这是一件非常残酷的事情，让伽利略千万不要去罗马，并且最好到威尼斯来，因为那里不怕教会，教会也不能把伽利略怎么样，在那里他们还可以继续帮助伽利略出版他的著作。
伽利略对威尼斯朋友们的帮助，非常感谢，他在回信中说：“谢谢诸位的盛情，我不能去威尼斯，我必须去罗马，我要向教皇解释这一切，我还要在罗马出售我的著作。”
几名医生会诊，将伽利略目前不能去罗马的结果承报给了罗马宗教法庭，希望能够延期审判。
可是伽利略心里明白，如果他不去罗马，宗教裁判所就可以对他进行肆无忌惮地宣判，他将更加危险。于是，伽利略决定动身前往罗马。
1632年10月，佛罗伦萨阴雨连绵，秋风瑟瑟。临近伽利略去罗马的日子，他的膝关节炎越发严重，连下地走路都十分困难。城内几位名医给他看过之后，劝他推迟去罗马的时间，如果这样到了罗马，恐怕两条腿就要瘫痪了。
因为病情严重，伽利略休养了一段时间。在此期间，他的心中一直很是不安，他想尽早地赶到罗马，向教皇将一切都解释清楚。
托斯康大公见伽利略的身体依旧虚弱，于是专门派了一名宫廷医生随伽利略一同赶往罗马。
伽利略的马车在泥泞的路上走了三个星期才来到罗马近郊。恰好罗马郊区一带瘟疫猖獗，不准外人随便进城，伽利略领着仆人住在郊外等候疫情检查。
检查人员得知伽利略是托斯康大公的人，很客气地招待了伽利略，并且还给他们准备了午餐。
1633年2月，伽利略在佛罗伦萨驻罗马大使尼科利尼的帮助下，终于进入了罗马城，准备住在佛罗伦萨驻罗马大使馆内，等候审讯。这是伽利略第五次来到罗马。
刚直不阿的佛罗伦萨外交官尼克利尼不顾众人的反对，亲自去迎接伽利略。他把伽利略安置在他曾经住过的舒适、温暖的房间里，并且亲自为伽利略安排饮食。在尼克利尼的照顾下，伽利略的身体状况比以前好多了，之前惊恐和惶惑也慢慢平静下来，他开始考虑法庭将会怎样审讯他，他该如何回答，他一再提醒自己，万万不可陷入敌人的陷阱里去。
1633年3月11日，按照宗教裁判所的规定，伽利略由仆人搀扶被关进米涅尔修道院，隔离起来。这里是宗教法庭准备开庭审讯犯人的拘留所。
在进入米涅尔修道院之前，尼科利尼大使语重心长地告诉伽利略，一定要保持清晰的头脑，勇敢地为自己辩护。这不仅是为了伽利略自己，也是为了佛罗伦萨公国，为了美第奇家族的名誉、更是为了科学事业的发展和许多热爱、支持伽利略的学生和朋友，所以，伽利略一定要争取无罪释放，早日回到佛罗伦萨。
1633年4月12日，罗马宗教法庭正式开庭。
宗教法庭的审判庭设在圣玛利亚修道院大厅内。这座修道院位于罗马市中心，是一幢古旧的灰色大理石建筑，门窗与墙壁残破不堪，大厅内潮湿阴暗。
厅内正中有一排黑色的大桌子，桌子后面坐着十位法官。他们都是红衣大主教。在十位法官中间，有三位身穿黑袍的法官，是庭长和副庭长。他们的表情异常严峻。
审判团是由教皇的侄子艾弗·巴帕里尼主教领导的一个专门小组组成。
伽利略是由仆人搀扶着慢慢进入厅内的。穿黑袍的庭长见伽利略身体十分虚弱，让人搬了一把椅子放在厅中间，让他坐下。
伽利略感到背后升起一股寒气，这是真正的“以一当十”，伽利略身边没有一个朋友，他要一个人去面对十个“异端”法庭的法官，伽利略感到从未有过的紧张和痛苦。可是，当他看见法官身后那高悬的十字架时，他的心稍稍宽慰了一些，上帝会保佑他的，伽利略静静地等待着法官的审问。
穿黑袍的庭长手举一本伽利略的著作《对话》，用拉丁文提出问题：“这是你写的著作吗？”
伽利略抬头看一下，说道：“是的，是我写的著作。”
“你为什么要写这本书？这本书的内容是什么？”法官继续询问着。
“这是我多年来进行宇宙科学研究的心得，写出来供搞科学研究的人们参考，或者留给后人批判评说。只是假借托勒密和哥白尼两位科学家的对话，说明宇宙中的一些科学现象。”
“你是否应允过检查人员的要求，在书的‘前言’里要确保每个读者不会误认为他在替哥白尼辩护？”红衣主教继续问着。
“是的，我已修改过我的‘前言’。”
“那么为什么‘前言’和书体印刷不一致呢？是否以此来表示‘前言’与本书无关？”
伽利略说：“前言的几页手稿在罗马检查人的手中扣得太久，所以取回来的时候，全书已经印好。这部分是补印的，所以字体上有所差异。”
接着，庭长又问了一个伽利略没有想到的问题：“你过去来过罗马几次？都是哪一年，每次来罗马的目的是什么？”
伽利略感觉身体疲惫，头晕目眩，他竭尽全力克制身体的不适，回答道：“第一次是1587年来罗马寻找工作；第二次是1615年4月间来罗马，研制天文望远镜并发现了美第奇群星；第三次是1615年10月间来罗马，因为发表了有关天体的著作而前来罗马接受教廷的处罚；第四次是在1624年来罗马参加新教皇的登基典礼。”
红衣大主教，又询问了伽利略1615年第三次来罗马受到处罚的事情。这个问题，问得很尖锐。伽利略在1615年曾经出版过《星辰使者》一书，并在罗马公开拥护过哥白尼的学说，如果承认了这一点，对自己很不利。
伽利略说：“那是1616年2月的事，贝拉明主教告诉我，由于哥白尼的观点与《圣经》相抵触，所以不能坚持其他学说，也不能为他辩护，但可以把它当做假说来讨论。我有贝拉明主教在1616年5月26日写的保证书，这是贝拉明主教亲笔所写。”
伽利略说着从怀中掏出了贝拉明主教当年出具的保证书。
检察官们检验了物证，确实是贝拉明主教亲笔所写。
法官们又问伽利略，在这一生中都出版了哪些作品，这些作品的主要观点是什么？
伽利略沉思一阵，缓缓地说道：“我这一辈子写了不少书，大多数都忘却了。只记得写过《论运动》《星辰使者》《致克丽丝蒂娜的信》《关于太阳黑子的信》《尝试者》和《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》等。”
至于这些作品的主要观点，伽利略难以回答，他知道这些书大多数都是拥护哥白尼学说的，如果承认是拥护哥白尼学说，必定要处于十分被动的境地。然而不承认，那些书都在明摆着，其观点世人皆知。
考虑了一会儿，伽利略说道：“虽然有倾向哥白尼的观点，但只是一种科学假说，与《圣经》的教义并不矛盾。我那些书中的观点都是探讨天上星球是怎么回事的一种假说而已。”
但是，法官们认为伽利略只是说一些托词而已。
第二天、第三天审讯继续进行。在这期间，法官们还对伽利略施行了一种叫“维利亚”的严酷刑讯。
这是一种连续审讯法，法官们分批审讯，几个小时一换，一次审讯在两天两夜以上，不让伽利略有半刻的休息。
这种审讯对近70岁的伽利略来说是很残酷的，他本来就很虚弱的身体，更是支撑不住。
伽利略意识到，如果自己再坚持与教廷对抗下去，等待自己的将是更严格的惩罚，甚至有可能会像布鲁诺那样被烧死在罗马鲜花广场。
伽利略此时，已经精疲力竭，精神与肉体不堪折磨。于是，怀着矛盾的心理，在1633年6月22日，伽利略终于在忏悔书上签字认罪。
伽利略强打精神接过法庭早就写好的“忏悔书”，念了起来：
我叫伽利略·伽利雷，已故文森西奥·伽利雷之子。比萨城人，现年69岁。我站在法庭面前，向你们、基督教共和国尊贵的红衣主教阁下下跪，眼望我亲手捧着的福音书宣誓，我永远信仰并在上帝帮助下将来继续信仰神圣天主教和使徒的教会包含、传播和教导的一切。因为贵神圣法庭早就对我做过正当的劝诫，以使我抛弃认为太阳是世界的中心静止不动的伪学，不得坚持和维护它，不得以任何口头或书面形式教授这种伪科学，但我却撰写并出版了叙述这一受到谴责的学说的书，虽然没有得出最后的结论，却引用了对它有利的证据，因此我被确认为有严重的异端嫌疑，也就是我认为并相信太阳似乎是宇宙的中心且静止不动，而地球不是中心并且运动着。
因此，我希望您们，尊贵的红衣主教阁下的思想中以及从一切真正的天主教徒的头脑中排除这种理所当然会形成的对我的嫌疑，并诚心诚意地抛弃、诅咒和憎恨上述异端、谬误或不符合神圣的教会的宗派。
我宣誓无论口头上还是书面上永远不再议论和讨论会引起对我恢复这种嫌疑的任何东西，而当我听到有谁受异端迷惑或有异端嫌疑时，我保证一定向贵神圣法庭或宗教裁判员或距离最近的主教报告。此外，我宣誓并保证尊重和严格执行贵神圣法庭已经或将要对我作出的一切惩罚。
如我违反这些话、口供、宣誓和保证中的任何一点，我将受到神圣的教规及其他一般的和个别的法典规定对此种罪行所处的一切惩罚和感化手段。愿主和我亲手捧着主的福音书帮助我这样做。
我，名叫伽利略·伽利雷，抛弃、悔过并承担责任如上所述。附上我逐字逐句大声宣读的抛弃词以资证明。
1633年6月22日于罗马米涅尔修道院
当伽利略用颤抖的手在认罪的书上签字的时候，嘴里还在喃喃地说道：“反正，地球还是在动的。”
判决书先列举了伽利略的种种罪名：“伽利略认为太阳是世界的中心而且是静止的，大地是昼夜运动等许多谬论是真实的，还加以宣传。关于这种说法你与某些德国数学家通过信，发表过名为《关于太阳黑子的信》的文字等，并且还宣传了根据哥白尼的假定，反对《圣经》的真正精神和权威的各种原理。”
根据这些罪状，最后宣布了对伽利略的判决：
我们确定、判断并宣布你，伽利略，由于在上述过程中被证明的和你所确认的情况，本法庭认为你有重大的异端嫌疑，就是，你信仰并遵守错误的、和《圣经》相矛盾的学说，说什么太阳是大地轨道的中心，不是由东往西运行，大地在运动而且不是世界的中心。因此在这种情形下你应受由神圣的宗教法规和其他一般的和个别的法典规定的一切惩戒和处罚。只有放弃上述错误和邪说，同样地放弃反对天主和使徒的教会的其他一切，在我们的面前真心诚意地按照给你指定的程式拒绝、诅咒、痛恨错误和邪说，我们才允许你免受此刑。
但为了处分你这种严重和有害的错误和罪过，以及为了你今后更加审慎和给其他人做个榜样，我们宣布，用公开的命令禁止伽利略的异端邪说；判处暂时把你正式关进监狱，我们勒令你在三年内每周读七篇忏悔圣歌一次，作为使你得救的忏悔。我们保留对上述惩罚减轻、变更或完全地和部分地取消忏悔的权力。
1633年6月23日以来，这长达三个多月的审判结束了，近代实验科学家的创始人因此而下狱。这是科学史上的悲剧，也是人类的悲剧。
