在警署內，憲兵想盡辦法讓佐爾格交代罪行，最後把搜集的罪證交給佐爾格。後來，佐爾格被關到巢鴨監獄。
佐爾格保持著冷靜思考，通過身份認定保護自己。佐爾格發現，日本人把他當成德國間諜了。佐爾格為了自救，招認了自己是蘇聯間諜。
當時，蘇聯與日本之間沒有正麵的軍事衝突。佐爾格企圖使日本人相信，蘇聯的諜報工作並不針對日本，而是針對德國。佐爾格想讓日本人相信，“紮姆紮”小組是為共產國際工作，是為了意識形態工作，而不是軍事間諜。佐爾格想讓日本人相信，他們為了日本人民的利益，力圖使蘇聯和日本之間維持和平。
日本政府幾次向蘇聯提出用蘇聯在押的日本軍官來交換佐爾格，但蘇聯沒有答應交換的條件。
在獄中，佐爾格想到了時間，時間或許能夠拯救他們。為了拖延時間，第一個月裏佐爾格什麼都不說，每次提審他時，他隻是從審訊員的言語中套出消息。結果，他受到了嚴刑拷打。
佐爾格認為，如果日蘇關係發生急劇的變化，日本對待他們的態度可能會轉變。
佐爾格通過指責戰友達到保護他們的目的。不過他發現，時間救不了他們。根據日本的法律，小組的每個成員都會被判死刑。
在小組中，佐爾格和尾崎秀實是骨幹，大部分情報出自他們之手。伍蓋利奇、宮城與德和克拉烏岑仍有活命的希望。
兩個月後，佐爾格像發泄一樣，指責每個戰友，日本人以為掌握了“紮姆紮”小組的內幕。佐爾格通過這種方法為戰友開脫罪責。佐爾格指責克拉烏岑對工作不負責任，說克拉烏岑隻忙著做生意，一心想發財；克拉烏岑的妻子安娜對蘇聯極端仇視，反對“紮姆紮”小組的存在，結果與克拉烏岑離婚了。
日本情報機構相信了佐爾格的說法，美國情報機關戰後也根據日本情報的檔案記載做出了錯誤的判斷。
事實上，克拉烏岑發出10.6萬組數字電文，2000多份電報，平均每天發出兩份電報。
佐爾格指責伍蓋利奇和宮城與德提供的情報毫無價值，還指責伍蓋利奇把精力用在記者工作，提供的材料是每個記者都知道的新聞。宮城與德也是如此，根本沒有用處……
經過長時間的思索，佐爾格找到了日本法律的漏洞。日本法律沒有明文規定要保守機密，這樣一來，小組的活動沒有任何罪責。
1943年8月，東京地區法院開庭審理“紮姆紮”案件。在法庭上，佐爾格舉出日本法律的不完善之處：日本法律沒有規定要有責任保護機密，日本法律在這一點是相互矛盾的，不能隻根據泄漏秘密來定罪。
日本法官的自尊心被激怒，他們隻能從日本立法的本質進行解釋。佐爾格反駁道：“憑什麼逮捕伍蓋利奇和克拉烏岑？他們沒有直接參與過情報活動，他們沒有對日本造成危害，各國駐國外的記者與他們有什麼兩樣，駐在莫斯科的日本記者不也在報道蘇聯的新聞嗎？形式上加入了某一組織並不等於他們有罪。如果無法斷定他們有罪，那麼指控是錯誤的。”
佐爾格說：“德國大使館人員自願告訴我情報的，我從沒有采取偷或搶的方法。德國大使奧特和海軍、空軍武官自願請我幫他們寫報告。尾崎秀實的消息是從前首相那裏得到的消息，這種消息在許多政要那裏都能間接得到……”
法官們張口結舌，他們控製不了局麵，隻好草草收場，硬性判決。最後，佐爾格不承認有罪：“我們沒有違犯日本的任何法律。我們從事的共產主義運動有什麼罪？你們製定的是什麼樣的法律？十月革命為我們指明了道路，我們支持世界共產主義運動。我所做的一切，我選擇的道路是正確的……”
1943年9月29日，東京地方法院宣判佐爾格和尾崎秀實死刑。伍蓋利奇和克拉烏岑被判處無期徒刑，安娜·克拉烏岑被判處7年徒刑，後來被改判3年徒刑。
佐爾格和尾崎秀實向日本最高法院提出上訴。在上訴書中，佐爾格為戰友辯護，希望以死來換取戰友的生命。1944年1月和4月，最高法院駁回佐爾格和尾崎秀實的上訴。
1944年11月7日上午9時，佐爾格和尾崎秀實走上絞刑架。尾崎秀實在給妻子的遺言中寫道：“我不是膽小鬼，我不怕死。”佐爾格走到絞刑架下時，自己把絞索套到了脖子上。
伍蓋利奇被判處無期徒刑，比佐爾格和尾崎秀實多活了兩個月。他在服刑期間受盡折磨。冬天氣溫達零下40度，監獄的條件惡劣，伍蓋利奇缺衣少食，睡在結冰的草席上。伍蓋利奇經受折磨，臨死前體重隻有64斤。
克拉烏岑夫婦終於迎來了1945年8月14日。獲釋後，他們來到莫斯科。1946年，他們回到德意誌民主共和國。為了紀念佐爾格，蘇聯的《真理報》於1964年11月6日發表了有關佐爾格的真實情況。
1964年11月5日，蘇聯追授佐爾格為“蘇聯英雄”稱號。
德國反法西斯人士冒著生命危險，在德國占領國和中立國搜集了大量情報，並把情報送到蘇聯、英國、法國和美國。