Następnie między lutym a listopadem 1950 był przetrzymywany przez ponad 250 dni w różnych celach Oddziału X i XI tego więzienia wspólnie z niemieckimi zbrodniarzami wojennymi – z odpowiedzialnym za stłumienie powstania w getcie warszawskim gruppenführerem Jürgenem Stroopem oraz ze sprawozdawcą Głównego Urzędu Bezpieczeństwa Rzeszy i dysponentem funduszu konfidenckiego ds. zwalczania podziemia w krakowskiej komendzie Gestapo Gustavem Schilkem}. Później, pomiędzy 1951 a 1954 (co najmniej od kwietnia do listopada 1954), Moczarski kilkakrotnie dzielił celę w Oddziale X mokotowskiego więzienia z byłym szefem Komisariatu Rzeszy Ukraina Erichem Kochem.
W listopadzie 1952 został skazany w nowym procesie na karę śmierci. W październiku 1953 Sąd Najwyższy zmienił mu karę śmierci na dożywotnie więzienie. Mimo to przez dwa lata Moczarski przebywał w celi śmierci i dopiero 15 stycznia 1955 poinformowano go o zmianie wyroku. 21 kwietnia 1956 Sąd Najwyższy wznowił postępowanie w sprawie Moczarskiego, uchylił poprzedni wyrok i przekazał sprawę do ponownego rozpatrzenia. 24 kwietnia 1956 Moczarski został zwolniony, kolejne miesiące spędził w sanatoriach. Na skutek starań jego adwokatów, Władysława Winawera i Anieli Steinsbergowej, którym przekazał relację o stosowaniu wobec niego 49 rodzajów tortur, 11 grudnia 1956 Sąd Wojewódzki dla m.st.