雙方展開了第一次大論戰。伽利略談鋒犀利，旗幟鮮明地擁護哥白尼的觀點，在無可爭辯的事實與真理麵前，羅馬教廷的權威們啞口無言。
羅馬教皇保羅五世惱羞成怒，決定采用專製手段，他命令紅衣主教團強迫伽利略放棄自己的觀點，不然就給予監禁的處罰。羅馬教廷還於1616年3月15日宣布哥白尼的天文學理論損害了天主教教義，禁止出版，如有違背者，宗教裁判所將予以嚴懲。
伽利略心中怒火萬丈，迫於羅馬教廷的淫威，在後來幾年裏，不得不保持緘默。
52歲的他，正處於精力旺盛期，卻被迫“退休”，成了“閑人”。
1621年，柯西莫大公爵逝世，伽利略失去了好友和保護人，他感到更加孤立了，他的心卻是永遠的年輕，思維還是那麼敏捷。他從沒有在內心中放棄自己的觀點和信念。
1623年，伽利略的老朋友、紅衣主教馬太·巴爾貝裏尼被選為羅馬教皇，稱烏爾班八世。
“烏爾班是我多年的朋友，他是很願意聽新見解的人。或許他能解除羅馬教會對我的禁令。”伽利略滿懷希望地想。
伽利略有本名叫《實驗》的書，並在書的扉頁印上這樣一行字：謹以此書獻給我們教會的偉大領袖烏爾班八世。
這位教皇很愉快地接受了這本書。但他也明確地寫信告訴伽利略：“我無法解除對你的禁令，更無法將哥白尼的名字從教會的黑名單上除去。其中的理由，你是明白的。但我希望你繼續做實驗，因為實驗的價值是非常巨大的。”
倔強的伽利略對教皇的“好意”十分失望，他再次沉默了。他埋頭做實驗，觀測星空，一幹就是幾年。
1628年，他開始動筆寫一部《關於兩種世界體係的對話》的著作。他寫得很慢，對書中涉及的事實格外慎重。他在這部書中解釋了托勒密的學說，也闡明了哥白尼的學說，還巧妙地闡明了自己支持哥白尼學說的證據。這部書是伽利略在長期觀察和研究天體運動的基礎上而寫出的他生平最有代表性的偉大著作。
1630年，伽利略完成了這部巨著，送交羅馬教廷審查，要求出版。由於伽利略的聲望和他與教皇的特殊關係，所以這部著作雖然經過長達兩年的審查，但終於在1632年1月在佛羅倫薩出版了。
這部書一出版，立即像一股旋風，幾個月內便橫掃了整個意大利。人們爭相購買著，傳閱著，議論著。哥白尼的“日心說”在人們的心中又複活了。人們被書中那幾個活靈活現的人物和精辟的哲理性對話所吸引，書中的新思想成為人們願意接受並津津樂道的話題。
羅馬教廷當然也在研究這部書。教皇烏爾班八世剛讀時，深為老友的哲學思辨之精湛所歎服。然而紅衣主教貝拉爾明卻認為書中宣揚的是哥白尼理論的勝利，並影射教皇無能。他屢次向教皇進讒言，陷害伽利略，教皇終於被他說動了心，就命令宗教裁判所，立即傳訊伽利略到羅馬來。
幾天後，年已66歲高齡的伽利略身戴枷鎖從千裏之外的佛羅倫薩被押到了羅馬。此時，伽利略重病纏身，朝不保夕。
宗教裁判所的主教們聲嘶力竭地聲討著伽利略的“罪行”。
伽利略咬緊牙關，支撐著病體，頑強地應戰。他抖動著滿臉銀須，大聲反駁道：“科學發展到今天，我從望遠鏡裏已經發現很多新證據，隻不過如實寫出來供大家討論，而你們卻不允許。一個科學家怎麼能夠違背那些無可爭辯的事實呢？你們這是製造異端！”
接下來又是一場又一場的馬拉鬆式的辯論，仍毫無結果。
年邁的伽利略飽受了身心的摧殘和折磨，精疲力竭，死去活來，最後被迫在已經為他寫好的悔過書上簽了字。當他從跪著的地方站起來時，他眼含委屈的淚水，嘴裏喃喃地堅持說：“地球仍在轉動！”
宗教裁判所判處伽利略監禁，先在羅馬，後因伽利略體弱多病，由他的一些有聲望的朋友們保釋回佛羅倫薩的家中“思過”。
遭受了如此沉重的打擊之後，伽利略仍然沒有停止他的科學研究工作。
晚年的伽利略處於極端困難的境地：妻子瑪麗娜雖然為他生了兩個女兒和一個兒子，但早在1609年，他們就分手了，兒子也被她帶走了。伽利略最鍾愛的大女兒（1616年她進入聖芳濟會女修道院做修女）不幸於1634年4月2日死去。痛失愛女，使伽利略一度陷入痛不欲生的境地。
然而，飽經劫難的伽利略終於挺住了。他不顧身患多種疾病，頑強地進行研究和寫作。1636年，72歲的伽利略完成了他的另一部偉大的著作《關於兩門新科學（力學和彈性學）的討論和數學證明》，在這部書中，伽利略科學地闡明了速度和加速度等概念；闡述了力的合成定律以及關於擺的研究、自由落體運動，等等，比較全麵而係統地總結了他一生對物理學，尤其是力學方麵的研究成果。
1638年，這部書出版付印時，伽利略已是雙目失明。這部書在荷蘭出版後反響很大。
伽利略對自己這部書的評價是：“我認為它是我一切著作中最有價值的，因為它是我極端痛苦的果實。”
1642的1月8日，伽利略在佛羅倫薩的家中病逝，終年78歲。臨終前，他反複地說著這樣一句話：追求科學需要特殊的勇氣！
一代科學巨人伽利略為他所處的那個世紀增添了絢麗的光彩。
伽利略對於歐洲近代自然科學的創立作出了極其重要的貢獻。他是動力學的奠基者，他的一係列發現為力學的發展開拓了令人望不到頭的道路。他終身為科學真理而鬥爭，他不顧教會反動勢力的圍剿，通過仔細的測量分析，得到大量科學新發現，從而否定了亞裏士多德、托勒密的錯誤觀點和學說，為哥白尼的學說提供了有力的證據，動搖了教會的最高權威，推動了唯物論思想的發展，成為“近代科學之父”。
伽利略對真理的執著，為科學界開創出一個新境界，刺激和帶動了人類對自然科學的探討。
伽利略為後人留下了20部寶貴的科學論著，為後人確立了科學的方法論。
伽利略為發現和宣布真理苦苦地追求了一生，他是不朽的。就連教皇烏爾班八世也不得不對伽利略表示欽佩：“隻要木星的光芒在天空中閃耀，地球人就永遠不會忘記伽利略。”
好奇、多思、實驗、敢於探覓及拚搏，是伽利略成才的關鍵，在他的科學生涯中，每前進一步，都離不開這些因素，這，也是他，一個天才科學大師成功的奧秘。
滄海橫流，方顯得英雄本色。1979年11月10日，羅馬教皇正式宣布：1633年羅馬教皇烏爾班八世和宗教裁判所對伽利略的教廷審判是不公正的，並公開讚揚伽利略敢於追求真理的奮鬥精神。1980年10月教皇提出重新審理伽利略案件，最後為伽利略平反正名。曆時300餘年的伽利略的冤案終於得到昭雪。
曆史證明，科學的真理是永恒的，最終必將戰勝愚昧和強權。