蘇軾被關進台獄，李定及其獄吏對其進行審訊，栽贓構陷、落井下石，欲置蘇軾於死地而後快。
李定一夥兒居心叵測陷害蘇軾的事震動京師，朝野上下憤憤不平，紛紛為蘇軾仗義執言、鳴冤叫屈。遠在湖州、杭州的老百姓焚香念佛，為蘇軾祈禱平安。宰相吳充，以及已經退休的宰相張方平，王安石的弟弟王安禮等先後上書宋神宗，要求赦免蘇軾。蘇轍更是心急如焚，奔走相救，奏請朝廷，言自己願效法漢緹縈以身贖父的故事，以一切在身官爵來替兄長贖罪，請求赦免兄長。
當然，獄中的蘇軾對此毫不知情。他縱觀形勢不容樂觀，就將平時服用的青白丹藥丸集中收藏起來，打算留到最後一刻一並吞下自盡，讓自己有尊嚴地離去。
這一時期，蘇軾的長子蘇邁一直在京城照料父親，蘇軾同兒子約定，平時隻送肉和青菜兩樣；若聽聞什麼不利的風聲，就將肉菜改送魚。有一天，蘇邁出去辦事，把送飯的任務托付給一個親戚。那位親戚想給蘇軾改善一下夥食，特意紅燒一條魚送到獄中。蘇軾見魚大驚失色，以為不祥之兆，號啕大哭，揮淚寫下了予蘇轍的訣別詩：
聖主如天萬物春，小臣愚暗自忘身。
百年未滿先償債，十口無歸更累人。
是處青山可埋骨，他年夜雨獨傷神。
與君世世為兄弟，更結人間未了因。
——《獄中寄子由》
這首詩措辭悲慘，蘇軾在詩中給弟弟留言，他已此生無望，命在旦夕，一家老少十多口人，從此就要拖累弟弟來照看了。自己一死不足惜，屍骨可以埋葬在任何有青山的地方，隻是當年與弟弟相約夜雨對床的盟誓，卻再也無法實現。此後夜雨瀟瀟的年夜，弟弟隻能獨自歎息獨自傷懷了。但願與子由世世代代都做兄弟，把未了的因緣付諸來世！
神宗皇帝看到這首詩，為二蘇塤篪之情潸然落淚。加之祖母曹太後“不須赦天下凶惡，但放了蘇軾足矣”的懿旨，甚至連蘇軾的政治“宿敵”，隱居南京的王安石亦飛馬傳書：“安有聖世而殺才士者乎？”宋神宗決定從輕處罰蘇軾。
關於“烏台詩案”，現代著名學者餘秋雨先生有這樣的評價：
即便站在朝廷的立場上，這也完全是一個莫須有的可笑事件。一群大大小小的文化官僚硬說蘇東坡在很多詩中流露了對政府的不滿和不敬，方法是對他詩中的詞句和意象作上綱上線的推斷和詮釋，搞了半天連神宗皇帝也不太相信，在將信將疑之間幾乎不得已地判了蘇東坡的罪。
——《蘇東坡突圍》
“烏台詩案”是北宋一百六十多年中影響最大的一次文字獄，但它與清代的文字獄大有不同，清代的文字獄是自上而下，為禁錮思想，強化政治統治，震懾文人而發起的迫害。相比較來說，文人治政，對北宋皇權形成一定監督，不殺士大夫的祖訓，使有宋一代帝王對文人敞開寬容的胸懷，才造就蘇軾棱角分明、不忮不求的個性。
蘇軾被捕入獄103天後被貶黃州，受其牽連，當朝二十九位大臣名士遭到懲處：駙馬王詵被削除一切官爵；王鞏被發配西北；蘇轍上本求情而被降職；張方平被罰紅銅三十斤；司馬光、範鎮及蘇軾的十八個其他朋友，被各罰紅銅二十斤。
元豐二年十二月二十九日，蘇軾獲釋。劫後餘生，一出獄門，剛恢複自由身，得以活蹦亂跳，呼吸幾口新鮮空氣的他，就忘乎所以，脫口吟詩：
卻對酒杯渾似夢，試拈詩筆已如神。
此災何必深追咎，竊祿從來豈有因。
——《出獄次前韻二首其一》
蘇軾說：“端起酒杯，剛剛過去的事情恍然像一場夢；提筆作詩，依然感覺如有神助。大難過後何必沉湎在往事裏不能自拔呢，劫後餘生難道都是有原因的嗎？”
雖不似“仰天大笑出門去，我輩豈是蓬蒿人”的狂妄，但也絕對是好了傷疤忘了疼。
天性使然。對他而言，似乎除了詩酒，餘下都是身外之物，不必過於糾纏。
真是這樣的嗎？不可救藥的樂觀背後，一杯蒼涼黃昏後。