在審判之前，法院方麵曾問陳獨秀是否請律師，陳獨秀答以無錢可請，並表示可自己為自己辯護。但章士釗願義務為陳獨秀出庭辯護。章氏其時是名聞全國的大律師，尋常案件，即以高酬奉請，也難得應允。章與陳雖是留日時代的好友，但後來在政治觀念和文化觀念上都屬於敵對陣營，且都是各自陣營的代表性人物，相互也打過筆仗。章氏此次挺身而出，時人稱之為“有古義士之風”。但對章士釗力圖為陳獨秀開脫“罪責”而發表的辯護詞，陳獨秀卻並不全部認可，並當場反駁章士釗。任卓宣在《陳獨秀先生的生平與我的評論》中說：“他（陳獨秀）無錢請律師，亦不願請律師。章士釗當時願意為他任義務律師。他作的辯護，說陳先生是站在三民主義立場上的，言行均於三民主義符合，並不違法。陳先生即刻聲明：章之意見，是他從法理上說的，與他本人的政治觀點不符。論之者說：這‘不但表示陳氏政治風骨嶙峋，亦為法庭審訊史上的新記錄’。”濮清泉在《我所知道的陳獨秀》中敘此事更詳。章士釗在辯護詞中說：“本法庭總理遺像高懸，國人奉為國父，所著三民主義，黨人奉為寶典，總理有雲：‘三民主義即是社會主義’，亦即共產主義。為何總理宣傳共產，奉為國父，而陳獨秀宣傳共產主義即為危害民國耶？於法於理能服人乎？……為保存讀書種子，餘意不惟不應治罪，且宜使深入學術研究，國家民族實利賴焉……總上理由，本律師要求法院宣判獨秀無罪。”聽到章士釗把自己的政治信念與國民黨的三民主義掛上鉤，陳獨秀急了，“陳獨秀當庭發出聲明：‘章律師辯護詞，隻代表他的意見，我的政治主張，要以我的辯護狀為準。’旁聽席上有‘革命家’‘革命家’的讚聲。”陳獨秀也在法庭上宣讀了自撰的辯訴狀。從作文之道上說，這篇辯訴狀可謂典範之作，邏輯嚴密卻又大氣磅礴。陳獨秀以這樣一段話開始自己的辯訴：“予行年五十有五矣。弱冠以來，反抗清帝，反抗北洋軍閥，反抗封建思想，反抗帝國主義，奔走呼號，以謀改造中國者，於今三十餘年。前半期，即五四以前的運動，專在知識分子方麵；後半期，乃轉向工、農勞苦人民方麵。蓋以大戰後，世界革命大勢及國內狀況所昭示，使予不得不有此轉變也。”辯訴狀大體以文白夾雜的語言寫成，陳獨秀說非如此不足以表達自己的心情。陳獨秀的辯訴狀和章士釗為陳獨秀所作的辯護詞，在當時是轟動全國的名文，各大報紙都想刊載，但遭到國民黨當局的禁止，隻有天津的《益世報》在當時刊載了全文。上海的滬江大學、蘇州的東吳大學還將陳、章的辯訴狀作為法學係的教材。這兩所學校因為是教會學校，才敢如此“放肆”。
審理結果，陳獨秀被判有期徒刑十三年，後經上訴，改判為八年。在獄中，陳獨秀潛心研究文字學。這並非是為了消磨時光，也是與他的社會理想緊密相關的。濮清泉在《我所知道的陳獨秀》中說到陳獨秀的獄中生活時，寫道：“他對文字學最有興趣，成天埋頭研究《說文》。據他說從文字的形成和發展，可以看到社會和國家的形成和發展。”在獄中陪同在陳獨秀左右的濮清泉還寫下過這樣一件趣事：“關於研究文字學，有一段笑話，江蘇南通有一位姓程的老先生也是小學家，因慕陳獨秀之名，來到監獄裏看他，兩人一見如故，初期互道欽佩，中期交換著作，也互稱對方有卓見，後期爭論起來，鬧到麵紅耳赤，互斥淺薄，兩人都高聲大叫，拍桌對罵，幸而沒有動武。原因是，為了一個‘父’字，陳獨秀說父字明明畫著一個人，以手執杖，指揮家人行事。而那位程先生說，父字明明是捧著一盆火，教人炊飯。陳說你不通，程說你不通；陳說你淺薄，程也說你淺薄。我好不容易把他倆勸開，說學術討論應心平氣和，不應發火，我謅了幾句打油詩嘲諷他倆：‘一曰執杖一曰火，二翁不該動肝火。你不通來我不通，究竟誰人是淺薄。若非有我小濮在，遭殃不隻是板桌。異日爭論平心氣，幸勿動怒敲腦殼。’程老先生笑了，陳獨秀罵我‘你這小鬼淺薄’，‘我要敲你腦殼’。”然而，“隔了一會，陳獨秀又和程老先生和好了。他寫了一封信給羅家倫（時任中央大學校長），推薦程老先生教文史，羅家倫以程老先生迷信鬼神而拒絕了”。