W lipcu 1862, mimo niewystarczających dowodów, został obwiniony o stworzenie proklamacji „Barskim chłopom pokłon od przychylnych”, aresztowany i osadzony w Twierdzy Pietropawłowskiej. W służbowej dokumentacji w korespondencji żandarmerii i tajnej policji nazwany został „wrogiem numer jeden Imperium Rosyjskiego”. W okresie 678 dni więzienia napisał wiele prac, najbardziej ważką z nich była powieść (1863), opublikowana w 3, 4 i 5. numerach „Współcześnika” (zdaniem profesora słowiańskiej i porównawczej literatury, Josepha Franka, dzieło to, daleko bardziej niż Kapitał Marksa, wprowadziło emocjonalną dynamikę, która w końcu prowadziła do wybuchu rewolucji w RosjiAmis, Martin (2002). Koba the Dread. Miramax ..)
Po ogłoszeniu wyroku (1864) skazującego na 7 lat katorgi, przebywał na zesłaniu we wschodniej Syberii. Nie dał się namówić do złożenia podania o łaskę. W 1875 o uwolnienie Czernyszewskiego starał się I. N. Myszkin. Organizatorem jednej z prób oswobodzenia był G. A. Łopatin. W roku 1883 Czernyszewskiego przewieziono do Astrachania. Dzięki staraniom rodziny wiosną 1889 przeniósł się do Saratowa, lecz już jesienią tego roku zmarł. Został pochowany w Saratowie na Cmentarzu WoskresieńskimВодолазов Г. Г. От Чернышевского к Плеханову.