伽利略精心创作的《对话》，由于巧妙采用对话文体，行文在表面上看来是两派各抒己见，因而蒙过教会检查官，获准出版。《对话》出版后受到广大读者的欢迎，在社会上激起轩然大波。震动了罗马教会。
罗马教会的神学家们很快得到了《对话》一书。看后，他们感到无比惊异。他们敏感地发现这本书所起到的实际作用。从《对话》表面上看来，伽利略遵循了教皇的指示，对太阳和地球的运动，陈述了双方的理由。如果读者不是白痴的话，读后会很明显地看出作者宣传的是什么。书中代表哥白尼学说的萨维阿提是三个角色中最聪明的一个。他的论证是那样有力，理由是那样充分。仲裁人也分明在赞成他的观点。如果读者不抱成见的话，肯定会相信地球是围绕太阳运行的。显然《对话》作者是在宣传哥白尼学说。他们认为《对话》的流传，将动摇人们对宗教的信仰，比洪水、猛兽还要可怕，比瘟疫更有害。于是他们立即向罗马宗教裁判所提出控告。
罗马宗教裁判所为此也深感不安，意识到《对话》危害性极大，继续传播下去，将严重危及教会的思想统治。而一些神学家们趁机向教皇大进谗言，诬告《对话》中的那个为地心说辩护的傻瓜散普利索就是影射教皇本人。这样一来更加重了伽利略的罪名。教皇乌尔班八世为此恼羞成怒，立即下令禁止《对话》的发售，将其全部没收。同时开始对伽利略严厉打击和迫害。
1632年10月，也就是查禁《对话》两个月后，罗马宗教法庭发出传票，要伽利略火速到罗马宗教法庭，接受审判。
这时，年近古稀的伽利略体弱多病，听到传讯消息立即昏厥过去，引起旧病复发，以致卧床不起。医生诊断病情十分严重，并为他开了证明：“伽利略病重。他从佛罗伦萨到罗马，可能在半路上便到另一个世界中去了。”见此情况，伽利略的学生、费迪南德大公委派特使，带着病情证明书前往罗马，请求推迟或取消审判。伽利略在罗马的朋友也在教皇面前为他说情。尽管如此，罗马方面还是不改成命。无论如何不肯取消审判。但可等伽利略的病情稍有好转再亲自来罗马候审。
1633年初，伽利略病情稍有好转，佛罗伦萨的教会首领带来3个医生来探望伽利略，医生会诊后签署了一份报告说：“伽利略病情仍很严重，没法出门。”他们把报告送到罗马。
罗马的回答强硬而凶悍：“如果伽利略不马上来，就立刻派人去把他抓起来，锁上铁链，押到罗马。并由他承担路上一切费用。”
1633年1月20日，年老体衰的伽利略不得不告别爱女，被人搀扶着，抱病前往罗马出庭受审。费迪南德大公派人护送，并让自己的医生陪同前往。
路上，在众人的照顾和护送下，历尽千辛万苦，于同年2月13日到了罗马。
伽利略到达罗马，立即被捕入狱，“不经许可，不准与任何人接触”。
在等待正式审判期间，伽利略得到他的朋友以及他的崇拜者们的无私帮助。费迪南德大公嘱托他的朋友们精心照顾这位老人，还写信给宗教法庭为伽利略求情。伽利略在罗马的一些地位显赫的朋友也为他奔走，这才使伽利略得以幸免枷锁与苦刑。这段时间里，教会法庭多次传讯伽利略，非正式地审讯他，威逼他交代他的信仰与活动。伽利略为自己作了辩解。
这年4月，严厉的审讯开始了。教会法庭上一片阴森恐怖，审讯的中心问题是伽利略犯有拥护和宣传哥白尼学说之罪。
法官板着面孔问道：“伽利略，你写了本论述托勒密学说和哥白尼学说的书，是吗？”
“是的。教会曾允许我出版这本书。”伽利略回答。
“他们不知道实际情形。你在1616年已许下诺言，那年我们就在这里召见了你。你答应不讲授哥白尼学说，也不著述有关这方面的东西。”
“这不对，我只答应不讲授哥白尼学说，我也一直没有讲授过。我写书论述了他的学说，我说哥白尼学说与托勒密学说不一样，但我从来没说过哥白尼学说是正确的。”
“不管你怎么说，你违背了自己的诺言，因此教会法庭要给你治罪。”
法官指控伽利略忽视1616年的警告，坚持并宣传哥白尼的“日心地动”的谬说。这是对圣经的亵污和对教会的蔑视。《对话》居然称颂哥白尼的才智远胜于托勒密，妄图动摇对圣经的信仰。并要伽利略认罪，公开忏悔。
伽利略在法庭上据理力争，指出《对话》只是赞同哥白尼学说的萨维阿提和托勒密学说拥护者散普利索之间的对话，作者本人并没有下过结论。《对话》序言中也明确指出哥白尼学说是“作为一种纯数学假说来叙述”，“为的是简化天文学，而不是由于自然界必然如此”。
他愤怒斥责法官们：“无理要求一个科学家去背弃自己的感情和那些无可辩驳的证据。这是你们在制造异端！”
在多次审讯中，伽利略义正词严，坚持自己的观点，不肯低头认罪。
审讯持续了几个月，伽利略拒不认罪，教会法庭大为震怒，竟对这位老科学家动用刑具。他们对伽利略严刑拷问，把他折磨得筋疲力尽、死去活来，还把一件件刑具全摆在伽利略面前，威胁他说：你必须当众否认哥白尼学说是真理，否则将在受尽苦刑之后处死你。最后，他们对伽利略施行了“维多利亚”式酷刑。所谓“维多利亚”就是“不准睡眠”。法官每隔4小时轮换一次，持续拷问，不让伽利略有片刻安宁。审讯像“马拉松”似的持续了50多个小时。严刑的摧残使风烛残年的伽利略再也支撑不住了，他已经意识到，如果坚持对抗下去，等待他的将是更严厉的刑罚，甚至死亡。布鲁诺的悲剧在这位老科学家的头脑里再现了。他的精神和肉体都衰弱到极点了。迫于教会的淫威和残暴，最后伽利略被迫违心地表示服罪，并在已经为他写好了的悔罪书上签了字，表示“忏悔”自己的所谓“罪行”。悔罪书上写道：“我跪在光荣的宗教裁判者面前，我触犯了圣经。我保证：我相信，并永远相信教会所说的和传授的是真理。宗教裁判所已命令我既不要相信也不要再讲授错误的地球运动和太阳静止学说，因为这个学说与圣经是相抵触的。由于我写了并出版了一本著作，在其中我阐述了这个学说，并进一步加以有力支持，结果我被宣布为异端。现在，为了扫除天主教会对我的这种公正怀疑，我放弃并且诅咒已说过的那些错误和异端，并放弃和诅咒每一个和教会所教导的相反的错误和见解。我也被警告将来永远既不要写，也不要谈论任何使我重新被怀疑的东西。无论在什么地方，假如再发觉或怀疑我有任何异端，我将立即被送至宗教裁判所。”
虽然伽利略向教会表示悔罪并服从他们的判决，可是教会并没有对这位老病交加的科学家表现出丝毫宽容，仍判定将他投入监狱监禁，这种不公正的判决在宗教法庭内部也引起激烈争论。遭到其中三位红衣主教的强烈反对，这三位主教最后拒绝在判决书上签字。
后来在费迪南德大公及伽利略的几位地位显要的好友斡旋之下，教廷才同意把判决改为监外执行，实行终身软禁。
1633年6月22日，伽利略被人押赴法庭，听候宣判。
判决书首先罗列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，大地也昼夜运动等许多谬论是真实的，还加以宣传。你对你的一些学生也宣传了这种谬论。关于这种说法曾和某些德国数学家通过信。你发表了名为《论太阳的黑子》的文字……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。”
“因此本神圣法庭要阻止引起《圣经》的信仰遭受毁灭和愈益扩大的混乱和毒害，根据教皇和最高的世界异端法庭各位枢机主教的命令，太阳的中心与大地的运行这两个原理受到鉴定者神学家的审查：太阳是世界中心而且是静止的原理在哲学上是荒谬的，虚伪的，而且在形式上是异端的，因为这与《圣经》上所说的相矛盾。大地不是世界的中心而且不是静止的，也是昼夜运行的原理，在哲学上也是荒谬和虚妄的，在神学上至少是信仰上的错误。”
“根据上述罪状，教会法庭宣布对伽利略的最后判决：
一、《对话》列为禁书，不许发行与阅读。
二、今后三年每日必须念诵忏悔经一次。
三、永远监禁家中，不许外出。”
宣布完毕，命令伽利略下跪，诵读“我从此不以任何方式、言语或著作，去支持、维护或宣传地动的邪说”。
可是，当伽利略从地上慢慢站起身来，在判决书上签字以后，他喃喃自语道：“地球仍在转动！”
震惊科学史的“罗马教廷伽利略案”就这样经过长达6个月之久的审讯，以极不公正的判决而暂告一个段落。
伽利略在教会淫威胁迫下，表面上表示屈服、悔罪，可他内心却坚信：真理是打不倒的，地球仍将围绕太阳运转，后人一定会证明这一点的，真理终将战胜谬误。
正像伽利略所预料的那样，随着时光推移，科学终于强有力地证明，地球是围绕太阳运转的，这是科学家们用血、泪，乃至生命换来的颠扑不破的真理。
1979年11月10日，罗马教皇在世界主教会议上正式提出重新审理“伽利略案件”，使沉冤300余年的罗马教廷伽利略案，终于得以纠正，并且正式宣布为伽利略这位伟大的科学家平反昭雪。历史终于作出了公正的判决。“一时强弱在于力，千秋胜负在于理。”真理必将最后战胜谬误！
