与陀思妥耶夫斯基同时被捕的有彼得拉谢夫斯基小组成员30多人，全都关在彼得保罗要塞的监狱里。11月16日，陀思妥耶夫斯基被沙皇组织的军事法庭判处死刑。

1849年12月22日上午7点，寒风刺骨，天色阴暗，陀思妥耶夫斯基等21名死囚被押到谢苗诺夫校场。刑场戒备森严，处刑台三面站满荷枪实弹的士兵。法官宣读死刑判决书以后，神父给死囚们一一吻了十字架。接着，给他们穿上白色的尸衣，三人编为一组，准备分组依次处决。陀思妥耶夫斯基被编在第二组，眼看着第一组的彼得拉谢夫斯基等三人被蒙上了眼睛，分别被绑在三个刑柱上，等待着死亡的到来。行刑的士兵举起枪，开始瞄准……突然，一个宫廷侍从武官来到刑场，制止了射击，传达沙皇的特赦令：陀思妥耶夫斯基由死刑改为4年苦役，流放西伯利亚，其他人也被特赦。原来，军法会议处将军在复审判决时觉得死刑过重，上报沙皇尼古拉一世呈请减刑。沙皇为了表现自己的“恩典”，决定“从宽处理。”但为了在精神上摧残陀思妥耶夫斯基等人，下令演出这场假处决。

1850年12月24日。圣诞节前夕，陀思妥耶夫斯基被押往西伯利亚苦役地。他披枷戴镣，乘上雪橇，在风雪弥漫之中离开彼得堡。到西伯利亚之后，陀思妥耶夫斯基被分派到鄂姆斯克要塞。

苦役犯监狱就是人间地狱。意大利诗人但丁的《神曲地狱篇》中，地狱的入口写着“死屋”两个大字，还写道：“到这里来的，放弃一切希望吧。”陀思妥耶夫斯基后来在他描写苦役生活的著作《死屋手记》，就把它借用来称呼苦役监狱。他带着镣铐，在“死屋”里度过了1500多个日日夜夜，他被剥夺了一切权利，跟那些杀人犯、强盗一起睡在一个通铺上，受着种种折磨和屈辱。他到达姆斯克要塞以后，看到监狱里阴森恐怖的情景，神经受到严重刺激，立即口吐白沫，四肢抽搐，牙关紧闭，昏了过去，从此患上了癫痫病。这种病症后来折磨他整整一生。

1854年3月2日，陀思妥耶夫斯基服刑期满，获得释放。但接着，他又发配到谢姆帕拉廷斯克服兵役。两年多之后，陀思妥耶夫斯基被晋升为少尉。从此，他在兵营外面有了自己的住宅，可以和朋友交往，还能继续写作了。

1858年初，陀思妥耶夫斯基获准退伍，回到莫斯科，阔别文坛10年之后，他终于又回来了。

重返文坛之后，陀思妥耶夫斯基相继发表了《死屋手记》、《被侮辱与被损害的》、《罪与罚》等作品，尤其是《罪与罚》的发表，给作家带来了世界性的声誉。