Временная депутатская комиссия, занимавшаяся расследованием деятельности правительства Тимошенко, вспомнила и о якобы имеющемся долге принадлежавшей Тимошенко компании ЕЭСУ перед Министерством обороны России на сумму более 300 млн долларов, которую Тимошенко так и не вернула. Из этого комиссия сделала вывод, что Тимошенко потратила эти деньги на свою президентскую кампанию в обмен на подписанные газовые соглашения. При этом правительство Азарова официально заявило, что Украина не будет рассчитываться с Россией за долги ЕЭСУ.
Российская сторона никак не отреагировала на эту дискуссию в Украине. Между тем в октябре 2008 года премьер-министры России и Украины Путин и Тимошенко подписали межправительственный меморандум о цене на газ на 2009 год — 250 долларов за 1000 кубометров. Ющенко этим остался крайне недоволен и потребовал прекратить переговоры и отозвать украинскую делегацию из Москвы. Формальным предлогом для отзыва послужило заявление главы Газпрома А. Миллера о том, что российская сторона не подпишет новый договор по газу, пока не будет погашена имеющаяся украинская задолженность перед Россией.
В ответ на демарш украинского руководства Газпром в январе 2009 года предложил новую цену для Украины за российский газ — 400 долларов за 1000 кубометров (с учетом накопившегося долга со стороны РосУкрЭнерго на сумму 1,7 млрд долларов). Из-за этого переговоры зашли в тупик. Однако Тимошенко удалось в результате длительных и сложных консультаций найти взаимоприемлемое решение как по цене за газ, так и по транзиту российского газа через Украину. В конечном итоге ей фактически удалось даже снизить цену на 2009 год до 232 долларов за 1000 кубометров при том, что мировые цены за газ были значительно выше.
Сам суд над Тимошенко по «газовому вопросу» начался в Печерском суде Киева 24 июня 2011 года. Судья для ведения дела был назначен лично президентом Януковичем, без объявления конкурса и сдачи необходимых экзаменов в высших судебных инстанциях, что, конечно же, являлось серьезным нарушением законодательства и говорило о сговоре президента и суда, ведущего дело Тимошенко. Накануне утром перед зданием суда собралась многотысячная толпа сторонников экс-премьера, депутаты и представители международных организаций. Тимошенко потребовала объединить ее дело с другими делами, в частности по таможне и «Нафтогазу», или даже прекратить дело без рассмотрения «как явно сфальсифицированное», но суд отклонил ее просьбу. Тогда Тимошенко выступила с 40-минутной речью, где раскрыла многие тайны по газовым соглашениям, заключенным украинским правительством до нее. Она требовала привлечь к уголовной ответственности бывших премьер-министров и даже президентов, покупавших российский газ по еще более высоким ценам.
22 июля прокуратурой было зачитано обвинение Тимошенко, подготовленное в явной спешке и содержащее многочисленные ошибки. Все обвинения в свой адрес Тимошенко отвергла. Начались допросы свидетелей, среди которых были министры, чиновники, депутаты и даже экс-президент Ющенко. Судья разрешил также выступить двум представителям защиты Тимошенко. Однако выступавшие со стороны обвинения свидетели дали показания в пользу Тимошенко, из-за этого была прекращена прямая трансляция заседания суда (и оставшиеся там депутаты снимали процесс на свои мобильные телефоны).
Многие из свидетелей, приглашенных обвинением, показали, что подписанные Тимошенко газовые соглашения не нанесли ущерба государству, так как цена была оптимальной с учетом скидки на газ, которую добилась экс-премьер, и за счет выкупа газа из газовых хранилищ Украины. Представитель Института государства и права Украины попытался разъяснить суду, что премьер не превысила своих полномочий, так как подписала «директивы премьер-министра», а не «директивы Кабинета Министров». По своему статусу Тимошенко имела право давать указания и поручения «Нафтогазу Украины» как структуре, подчиненной Кабинету министров Украины, и закон, таким образом, не нарушила. Олег Дубина, бывший глава «Нафтогаз Украины», также выступавший в качестве свидетеля, указал, что Россия сознательно повышала цену на газ, дабы проблема «газовых соглашений» из экономической переросла в политическую.
Из-за частых пререканий с судьей и непредвиденных реплик со стороны Тимошенко во время выступления свидетелей судья неоднократно выдворял Тимошенко из зала, а 5 августа она была арестована прямо в зале суда «за системные нарушения» и за то, что она «препятствовала допросу свидетелей». Арестовали ее как раз в тот день, когда в суде выступал в качестве свидетеля премьер-министр Украины Николай Азаров.