蘇軾在其《上神宗皇帝書》中全麵批評了熙寧變法，這引起了王安石和新黨的極大不滿，一些人開始羅列不實之詞，彈劾蘇軾。這些誣陷雖然“窮治無所得”，但已使蘇軾深感政治環境之險惡。加上歐陽修已經退休，曾鞏也到越州任通判，他的表兄和密友文同也已出守陵州（今四川省仁壽縣），其他朋友如劉攽（bān）、劉恕等也都因論新法“不便”而紛紛到地方上任職。在此情況下，蘇軾也無意再在朝中周旋，三十六計走為上。於是蘇軾請求外放任。熙寧四年（1071）六月，他出任杭州通判（知州之助理）。此後，他又相繼知密州、徐州和湖州。
在長達八九年的地方官生涯中，蘇軾接觸了種種社會實踐和平民百姓，耳聞目睹了民間疾苦和各種不合理的社會現象，而“言必中當時之過”（《鳧繹先生詩集敘》）的蘇軾，抱著“一肚皮不合時宜”的看法，把這些見聞都寫入詩中，並予以批判。如寫遇到水災的百姓：“蠶欲老，麥半黃，前山後山雨浪浪。農夫輟耒（chuōlěi，停止耕作）女廢筐（停止采桑養蠶），白衣仙人在高堂。”（《雨中遊天竺靈感觀音院》）意在諷刺官吏們高高在上不顧民間疾苦；“今年粳（jīng）稻熟苦遲，庶見風霜未幾時。霜風來時雨如瀉，杷頭出菌鐮生衣。眼枯淚盡雨不盡，忍見黃穗臥青泥！茅苫（shàn）一月隴上宿，天晴裝稻隨車歸。汗流肩赬（chēng，紅）載入市，價賤乞與如糠粞（xī，糙米皮）。賣牛納稅拆屋炊，慮淺不及明年饑。官今要錢不要米，西北萬裏招羌兒（指西夏）。龔黃滿朝人更苦，不如卻作河伯婦。”（《吳中田婦歎》）自然災害，賦稅沉重，穀賤傷農，對遼和西夏的歲幣等負擔完全轉移到老百姓身上，農民千辛萬苦收獲的糧食，還不夠對付官府的征斂。此詩集中反映了生民之疾苦和新法之弊端。很顯然，蘇軾這些憤世嫉俗、冷嘲熱諷的詩作已超出了封建統治者容忍的範圍，並且一批奸佞小人早已在暗中盯上了這位恃才傲物、訕上罵下的蘇軾。
蘇軾到湖州任職不久，即遭到數人的彈劾。禦史中丞李定給朝廷上劄子，羅列蘇軾有可廢之罪四條：“先騰沮毀之論”“怙終不悔”；“傲悖之語，日聞中外”“鼓動流俗”“言偽而辨”；“不循陛下之法”“不服陛下之化”“行偽而堅”；“肆其憤心，公為詆訾（zǐ，毀）”“怨不用己，遂一切毀之，以為非是”。認為蘇軾目無皇帝，“傷教亂俗”，罪不容誅。監察禦史裏行舒亶（dǎn）給朝廷上劄子，斷章取義，羅列蘇軾詩句，說蘇軾譏諷時政：“陛下發錢以本業貧民，則曰‘贏得兒童語音好，一年強半在城中’；陛下明法以課試郡吏，則曰，‘東海若知明主意，應教斥鹵（lǔ，鹽堿地）變桑田’……”認為蘇軾“造作讒說”“包藏禍心”；“懷怨天之心，造訕上之語”，“雖萬死不足以謝聖時！”監察禦史何正臣給朝廷上劄子，指責蘇軾“愚弄朝廷，妄自尊大”，“訕謗譏罵，無所不為”。又說“一有水旱之災，盜賊之變，軾必倡言，歸咎新法，喜動顏色，惟恐不甚。”要求朝廷“大明誅賞，以示天下”。宋神宗本不欲深究此事，但眾人陳詞激烈，要求嚴懲蘇軾，遂令禦史台派人拘捕了蘇軾。
皇甫遵奉命，日夜兼程奔赴湖州。蘇軾在京友人雖火速將這一消息轉告蘇軾，但蘇軾也無能為力。皇甫遵衝入湖州知州公堂，蠻橫之極。蘇軾以為自己罪重必死，請求回後堂與家人訣別。皇甫遵冷冰冰地說：“不至如此。”但蘇軾還是被抄了家，所作詩文被一一搜查。宋人孔仲平在《孔氏談苑》卷一中說：“頃刻之間，拉一太守，如驅犬雞。”當時之情狀，可想而知。蘇軾被捕入獄，蘇轍、王鞏、張方平、黃庭堅、範鎮、司馬光、曾鞏等數十人受到牽連。
蘇軾在禦史台獄中被政敵窮究，必欲置之死地。蘇軾雖寫了洋洋萬言的《供狀》，交代了自己的“譏諷文字”，政敵仍窮追不舍。雖有多人上書論救，也無濟於事。最後還是神宗皇帝憐愛，認為詩人之詞不可概以反對新法論。據葉夢得《石林詩話》載：“元豐間，蘇子瞻係大理獄，神宗本無意深罪子瞻。時相進呈，忽言蘇軾於陛下有不臣之意。神宗改容曰：‘軾固有罪，然於朕不應至是，卿何以知之？’時相因舉軾《檜詩》‘根到九泉無曲處，世間未能蟄龍知’之句，對曰：‘陛下龍飛在天，軾以為不知己，而求地下之蟄龍，非不臣而何？’神宗曰：‘詩人之詞，安可如此論？彼自詠檜，何預朕事？’時相語塞。”神宗之祖母曹太後等也出麵替蘇軾說情，連已退休的王安石也說：“豈有盛世而殺才士者乎？”最後蘇軾得以從輕發落。蘇軾此案最後的結案報告是：“奉聖旨：蘇軾可責授檢校水部員外郎充黃州團練副使，本州安置，不得簽書公事。”烏台詩案是北宋第一起因作詩而獲罪的文字獄。至此，烏台詩案告一段落，蘇軾在獄一百三十天，未作刀下之鬼，而“荷蒙聖恩”出獄。