卡拉案件提交給圖盧茲地方法院審理，法院控告卡拉犯有反對天主教會之罪。卡拉全家和拉瓦依斯都被輪番帶到法庭受審，他們都堅持拘捕入獄前的口供，其他證人也都為卡拉一家辯護。由於許多狂熱的天主教徒向法官施加壓力，盡管卡拉謀殺馬克·安東尼一案證據不足，圖盧茲法院仍在1762年3月9日以8票對5票作出了最後的判決，判處約翰·卡拉車裂死刑，皮埃爾放逐，其他人無罪釋放。3月10日，卡拉被押往刑場，當他途經自己生活了40多年的圖盧茲大街時，不禁流露出深深的眷戀之情。在即將與自己的親人永別之際，他內心非常平靜，他不住地大喊"我是無辜的"。殘忍的劊子手用鐵棒打斷了這位老人的臂骨、腿骨和肋骨，然後把他綁在車輪上讓他慢慢死去，最後再在大庭廣眾之下焚屍。臨死之前，卡拉對身邊的神甫說："我無辜而死，耶穌基督簡直是無辜的代名詞，他自願受比我更殘酷的極刑。我對我的生命毫無遺憾，因為我希望這場結局會引我去享受永恒的幸福。我哀憐我的妻子和孩子，但對於那個我為了禮貌而留他晚餐的客人，尤其覺得遺憾……"卡拉的從容赴死，使在場的天主教教士都覺得他是無罪的，他們說卡拉雖然是新教徒，但他的死與殉道者的受難是完全一樣的。
當伏爾泰聽完這一宗教迫害事件的介紹之後，驚詫不已。這是他一生中聽到的最令人發指的事件，不論是圖盧茲法院的判決，還是卡拉有罪，禍根都是宗教狂熱，他一生中寫過不少揭露宗教狂熱危害的悲劇劇本，但是還沒有一個劇本比得上現實舞台上的這個悲劇更使人毛骨悚然。他立即放下手邊的工作，開始了解這一事件的來龍去脈，他決心要弄清事實真相，以便伸張正義，保護無辜的人們。
當伏爾泰正在緊張地調查卡拉案件有關詳情細節時，卡拉的兩個兒子逃難到了費爾內附近，住在日內瓦。他馬上派人把他們找來，交談詢問了幾次之後，他確信約翰·卡拉是無辜的。他向卡拉的兒子表示，他一定會利用自己的朋友、自己的財力、自己的筆和自己的聲譽，糾正圖盧茲八個法官的致命錯誤，替卡拉伸冤。
伏爾泰積極為卡拉的平反昭雪而四下活動。他給許多有名望有地位的朋友寫信，表麵上是希望他們提供消息，實際上是想通過明確表白自己的態度，對他們施加影響，謀求他們對這一工作的支持。他還組織了一個辯護委員會，包括巴黎高等法院最有名的律師在內的15位律師都表示願意為卡拉一案進行辯護，並分頭取證，準備充分的材料。卡拉死後，他的女兒被關進了修道院，兒子亡命他鄉，孤苦伶仃的卡拉夫人為了替丈夫伸冤隻身前往巴黎，準備直接向國王申訴。當伏爾泰了解到這一情況後，馬上寫信動員巴黎的朋友對其進行照顧和幫助，巴黎高等法院的律師馬利埃特親自代卡拉夫人寫了正式的申訴書。卡拉夫人在巴黎得到了出乎她意料之外的同情和幫助，由於德高望重的伏爾泰奔走呼號，卡拉夫人還得到法國各界人士和歐洲許多國家有識之士的同情和支持，甚至普魯士國王弗裏德裏希、俄國女皇葉卡特琳娜也為之聲援。卡拉一案轟動了整個歐洲。
在伏爾泰和一些自由思想家的努力下，巴黎高等法院終於同意複審卡拉案件。1763年3月7日，凡爾賽宮舉行國務會議，討論卡拉案件的處理問題，全體大臣出席了會議，會議由樞密大臣主持，一個法官以公正的態度詳細介紹了卡拉案件的有關情況。會場外擠滿了同情卡拉的各階層人士，他們都在焦急地等待著國務會議的決定。最後，國務會議派一位代表到國王的房間通報會議的決議：對圖盧茲法院提出抗訴，責令它呈送審判過程的全部文件，並且要說明判決約翰·卡拉死刑的正當理由。國王表示同意這一決議。1764年，巴黎高等法院撤銷了對卡拉的無理判決，伏爾泰為卡拉伸冤翻案的活動終於取得了成功。1765年3月9日，即卡拉慘死三年整的這一天。法國樞密院正式宣布為卡拉一家完全恢複名譽，國王路易十五賜給卡拉夫人3．6萬金幣作為撫恤金。