Вести дело поручили вальядолидскому инквизитору Диего Гонсалесу. В длинной бессвязной записке, адресованной Супреме, Каранса жалуется, что Гонсалес относится к нему без всякого почтения, третирует самым оскорбительным образом, мешает его сношениям с Супремой, фабрикует за него ответы, всячески препятствует его защите — в общем, с адской изобретательностью старается еще более отягчить ужас его положения. Хотя упомянутое письмо папы уполномочивало Супрему в отношении епископов лишь на собирание доказательств и пересылку их вместе с обвиняемым в Рим, инквизиция действовала как полноправный суд. Вальдес лично прибыл в Вальядолид и по обычаю сделал обвиняемому духовное увещание, предложив ему для облегчения совести добровольно покаяться. Каранса на это ответил отводом Вальдеса и двух других судей на том основании, что они питают к нему вражду. Это привело к спору, которым занимался третейский суд. 23 февраля 1560 года он вынес решение в пользу Карансы. Таким образом, возникла необходимость в новом составе суда.
Друзья Карансы и доминиканцы добивались передачи дела в Рим, но Пий IV, занявший папский престол 25 декабря 1559 года, не хотел ссориться с испанской инквизицией и предложил королю самому назначить судей. Филипп с этим не торопился, и суд отложился на целый год. Наконец 13 марта 1561 года король поставил судьей Гаспара Суньигу, архиепископа Сантьяго, а тот, в свою очередь, назначил двумя другими судьями членов Супремы епископов Валтодано и Симанкасу, известных враждебным настроем против обвиняемого. Каранса заявил отвод и этим судьям, но Филипп велел более никаких отводов не принимать. К этому времени Каранса находился в заключении уже почти два года.
Начавшийся процесс протекал с чрезвычайной медленностью. Наконец прокурор представил обвинительный акт, заключавший в себе 31 пункт. Каранса попросил открыть ему доступ к документам по делу, но просьбу оставили без удовлетворения. Пункты обвинения были сформулированы на основании фраз, извлеченных из его книги и рукописей, которые нашли в доме при аресте. Ему вменялись в вину также выписки из еретических сочинений, сделанные им с целью их опровержения; в качестве обвинительного материала использованы были даже случайные записи, составленные Карансой в далекой юности, лет сорок назад. В прениях вокруг всего этого прошел целый год, пока 5 июня 1562 года прокурор не представил обвинительный акт заново — на этот раз в него были включены также ходившие о Карансе слухи. Каранса просил вызвать и допросить свидетелей, которые должны были опровергнуть доводы прокурора; в их числе были названы Филипп II и принцесса Хуана, но суд, обойдя молчанием царственных особ, в вызове свидетелей отказал — на том основании, что все они принадлежат к числу его друзей. Тогда Каранса обратился к Филиппу. Он писал, что вот уже три года, как томится в тюрьме, а процесс только начался и обещает затянуться до бесконечности. В отчаянии он молил короля ускорить движение дела или разрешить ему апеллировать к папе. Дошло ли до короля его письмо — неизвестно, но последствий оно в любом случае не имело.
К этому времени дело Карансы приобрело уже характер европейского скандала. Это ярко отразилось на настроении епископов, собравшихся на третий Тридентский собор; они видели в судилище над архиепископом оскорбление церкви. Это тревожило Филиппа, и в письмах от 30 октября и 15 декабря 1562 года он предписывал своему представителю на Тридентском соборе и послу Испании в Риме сделать все, чтобы собор воздержался от заявления по делу Карансы. С большим трудом им это удалось — и то благодаря вмешательству папы, который успокоил прелатов уверением, что не позволит далее затягивать процесс и проследит за тем, чтобы Карансе вынесли справедливый приговор. Не будучи в состоянии помочь своему плененному собрату, епископы по крайней мере позаботились о собственной безопасности, приняв постановление о подсудности церковных иерархов исключительно папскому суду. Мало того, они добились от Римской конгрегации, составлявшей индекс запрещенных книг, чтобы комментарии Карансы были признаны истинно католической книгой, достойной внимания всех благочестивых людей, а от папы дозволения ее печатать. Впрочем, папа под давлением Филиппа вскоре отозвал свое решение.
Вопреки обещанию папы, судебный процесс и в дальнейшем шел крайне медленно, поскольку прокурор формулировал все новые пункты обвинения; в конце концов их накопилось более четырехсот, и каждое служило поводом к очередной проволочке. Пий IV не раз назначал срок для передачи дела в Рим, но затем давал новые отсрочки. В декабре 1565 года он умер. Его преемник Пий V был человек совсем иного склада. Сразу после вступления на папский престол он предъявил Испании требование о выдаче Карансы и о присылке в Рим всех документов по его делу. Привыкший высокомерно обращаться с папами Филипп ответил, что Рим посягает на установившийся порядок вещей. Он рассчитывал, что Пий V, подобно его предшественнику, отступит, но папа, получив королевское послание, вызвал к себе испанского посла Суньигу и велел передать королю, что он рискует навлечь на себя гнев святого престола. Вслед за этим папа лишил судейских полномочий Вальдеса, Супрему и всех причастных к делу лиц и вновь потребовал отправить Карансу в Рим, грозя в ином случае отлучением от церкви всем, кто проявит неповиновение.