Отт переехал из Японии в Китай и оставался там до конца войны. Он был свидетелем защиты на Токийском процессе над главными японскими военными преступниками, в том числе по делу бывших послов Осима и Сиратори, но предпочел встречаться с адвокатами подсудимых в Нанкине и давать письменные показания, а не ехать на процесс самому.
Зорге был арестован 18 октября 1941 года. Но только 17 мая 1942 года министр юстиции Японии выпустил первое официальное заявление по делу Зорге — скупое сообщение с перечислением имен арестованных. В анкете в личном деле Зорге появилась фраза: "По данным НКВД, расстрелян японцами в 1942 году". Очевидно, чекисты и разведчики ориентировались на советскую практику, когда шпионов расстреливали вскоре после вынесения приговора.
В январе 1942 года прошла вторая волна арестов по делу Зорге, на основании показаний подследственных, арестованных в октябре 1941 года. Всего по делу группы Зорге было арестовано 35 человек, но привлекли к суду только 18, из которых один умер, не дожив до приговора. Дознание длилось до мая 1942 года. Следствие по деду "Рамзай" вели сначала чиновники японской тайной полиции, а затем — прокуратуры. 16 мая 1942 года официальные обвинения были предъявлены первым 7 обвиняемым: Зорге, Одзаки, Максу Клаузену, Вукеличу, Мияги, Сайондзи и Инукаи. Остальным обвинения были предъявлены позднее. В июне 1942 года дела 18 обвиняемых были направлены в Токийский окружной уголовный суд. Однако прежде чем начались судебные заседания, Зорге и остальные обвиняемые в течение полугода подвергались повторным допросам — теперь уже со стороны судей. Зорге допрашивал судья Кадзуо Накамура. Его допросы закончились 15 декабря 1942 года. Допросы остальных обвиняемых продолжались.
В "Тюремных записках", подводя итоги деятельности резидентуры, Зорге приводил примеры своих сбывшихся прогнозов: "(1) Я сначала предсказывал, что японо-китайский конфликт страшно затянется и ослабит Японию до такой степени, что ей уже не удастся восстановиться; (2) во время событий на Халхин-Голе я твердо был убежден в том, что Япония не имеет намерений развязать войну с СССР; (3) а летом 1941 г. выдвинул версию о том, что общая мобилизация в Японии не направлена в первую очередь против СССР".
Все эти прогнозы действительно сбылись. Зорге стремился доказать, что тем самым не нанес никакого ущерба Японии своей деятельностью. Но это не избавило "Рамзая" от смертного приговора.
Судебные заседания начались 31 мая 1943 года. Дело каждого обвиняемого рассматривалось отдельно тремя судьями. По каждому обвиняемому выносился отдельный приговор. Приговоры основным обвиняемым были вынесены 29 сентября 1943 года. Зорге и Одзаки были приговорены к смертной казни через повешение. Вукелич и Клаузен — к пожизненному тюремному заключению, Анна Клаузен — к семи годам тюрьмы. Сайондзи Кинкадзу, сын принца Сайондзи Киммоти, отделался легче всех других осужденных, получив 1,5 года с отсрочкой исполнения приговора на 2 года. Токутаро Ясуда получил 2 года с отсрочкой на 5 лет. Инукаи Кэн избежал судебного разбирательства, будучи освобожден из-под ареста в мае 1942 года. Иотоку Мияги умер в тюрьме от туберкулеза 2 августа 1943 года, ещё до вынесения приговора, а Ёсио Кавамура скончался 15 декабря 1942 года. В декабре 1943 года были вынесены еще три приговора: Сигэо Мидзуно (13 лет), Фусако Кудзуми (8 лет) и Томо Китабаяси (5 лет).
В январе-феврале 1944 года были осуждены оставшиеся члены группы: Ёсинобу Косиро (15 лет), Угэнда Тагути (13 лет), Масадзанэ Ямана (12 лет), Сумио Фунакоси (10 лет), Тэйкити Каваи (10 лет), Кодзи Акияма (7 лет) и Хатиро Кикути (2 года).
Зорге говорил на суде: "Японские законы — субъект для толкований, и толковать их можно либо широко, либо буквально. И хотя утечка информации может, строго говоря, быть наказуема законом, в практике японской судебной системы вопросы хранения секретов не являются подсудными… Я полагаю, что в обвинительном заключении было уделено недостаточно внимания нашей деятельности и природе собираемой нами информации. Данные, которые получал… (один из моих агентов. — Б. С.), не являлись ни секретными, ни важными. Он приносил мне лишь те новости, которые были хорошо известны любому корреспонденту-международнику… То, что можно было бы назвать информацией политического характера, добывалось Одзаки и мною. Я получал информацию в германском посольстве, но и здесь я также считаю, что лишь малую ее часть можно было бы отнести к разряду госсекретов. Ее давали мне добровольно, и, добывая ее, я не прибегал ни к какой стратегии, за которую меня следовало бы наказать. Я не пользовался ни ложью, ни силой… Я очень доверял той информации, которая предназначалась… для использования в германском генеральном штабе, и я убежден, что японское правительство, сообщая какие-то сведения германскому посольству, учитывало возможность утечки… Даже та информация, которую Одзаки считал важной и секретной, уже таковой не являлась, потому что он получал ее опосредованно, лишь после того, как она покинула секретный источник".
Сначала Зорге не хотел подавать апелляцию, но потом все же сделал ото, как и Одзаки. По делу Клаузена апелляцию подал прокурор, требовавший для радиста смертной казни. По Клаузену приговор утвердили в прежнем виде.
Их содержали в тюрьме Сугамо. Врач Токутаро Ясуда, арестованный по делу Зорге, оставил описание тюремных порядков. "В шесть часов утра подъем. Через час проверка. Дверь камер открывается. Трое тюремщиков спрашивают: жив? Заключенный должен встретить их, распластавшись в поклоне на полу. Далее — завтрак: горстка риса или ячменя, чашка супа. Обед и ужин из прогнивших продуктов приходилось покупать за свои деньги. Если родственники заключенного были бедны, он не получал ничего. Днем — прогулка…"
Правда, по словам Клаузена, некоторые поблажки европейцам были. Так, японцев водили на допрос в кандалах, а на Клаузена надевали лишь наручники.
Переводил на допросах европейских членов резидентуры Иоситоси Икома, профессор германистики. Режим проведения допросов был либеральным, и в перерывах подследственный мог спокойно общаться с переводчиком. Икома вспоминал: "Мы беседовали с доктором Зорге на самые разные темы, но главным образом — о войне Германии с Советским Союзом; как видно, это интересовало его больше всего. Если советские войска одерживали верх, как это было на заключительной стадии Сталинградской битвы, он приходил в хорошее расположение духа, становился разговорчивее. В противном случае он выглядел разбитым и был очень скуп на слова. Он был большим другом Советского Союза. Доктор Зорге был прирожденным журналистом с характером искателя приключений… Мне точно известно, что уже после оглашения смертного приговора он писал в дневнике: "Я умру как верный солдат Красной Армии"".
Зорге предъявили обвинение в шпионаже, которое он отрицал, аргументируя это так: "Советский Союз не желает никаких политических конфликтов или военных столкновений с другими странами, и в первую очередь — с Японией. Он также не намеревается нападать на Японию. Следовательно, мы — я и члены моей группы — приехали в Японию не врагами этой страны. Смысл, который обычно вкладывается в слово "шпион", не имеет к нам никакого отношения. Шпионы таких стран, как Англия или США, пытаются выявить слабые места в политике, экономике и обороноспособности Японии и соответствующим образом их атаковать. Мы же, напротив, в процессе сбора информации в Японии совершенно не имели подобных намерений…"
Верховный суд 20 января 1944 года отклонил кассационную жалобу Зорге под формальным предлогом, что эта жалоба была доставлена в Верховный суд на одни сутки позже установленного срока. 5 апреля 1944 года был оставлен в силе смертный приговор Одзаки, хотя его кассационная жалоба и была представлена вовремя.
Адвокат Асанума, защищавший Рихарда на процессе, вспоминал: "Зорге — героический мужчина. Он ничего не говорил без юмора, был очень отзывчивым, а когда смеялся, то был похож на любящего отца".
М.И. Иванов вспоминал: "6 ноября 1944 года наше посольство в Токио давало прием по случаю октябрьских торжеств, и впервые за дни войны на него явился высокий чиновник — министр иностранных дел Мамору Сигэмицу, лис, каких свет не видывал. Во время беседы с советским послом Я.А. Маликом, рядом с которым стоял я, он пространно говорил о том, что-де между нашими странами никогда, кроме 1904" 1905 годов, не было военных конфликтов, всячески выказывал дружелюбие, витиевато рассуждал о японском благородстве. Он чего-то ждал от нас, я это явно ощущал. Замолви мы слово за Зорге — и казнь бы на следующий день, скорее всего, не состоялась. Но кто нас уполномачивал? А ведь варианты имелись. В Советском Союзе было арестовано несколько японских шпионов… Да и японская сторона, похоже, этого желала и ждала: два с лишним года она не приводила в исполнение смертный приговор, вынесенный Рихарду еще в 1942 году.