伽利略探究真理的决心是坚定的。他在掌握了确凿的观察数据之后，他写了3封《关于太阳黑子的信》，在林赛学会的赞助下，1613年在罗马结集出版。在林赛学会的一再坚持下，伽利略在前言中声明他对太阳黑子的发现拥有优先权。其实伽利略对这一声明并不喜欢，因为在他发现黑子的时候，据说英法等国家也有学者注意到了太阳黑子的存在，伽利略关心的只是学术问题，而不是优先权归谁所有，他不希望因为这个问题而节外生枝，又引起争吵。可是，事情被伽利略不幸言中了。许多人对伽利略声明的优先权感到愤慨，尤其是沙伊纳。于是，沙伊纳一伙人阅读了伽利略的这本书，并在其间寻找攻击的靶子。
伽利略在《关于太阳黑子的信》的附录里，依然大胆而明确地宣称他相信并支持哥白尼的观点。伽利略的这次公开表态使他成为了众矢之的。敌对势力立刻聚集起来，形成了反对伽利略的强大势力。他们打着《圣经》神圣不可侵犯的幌子，向伽利略发起了胜券在握的挑战。
不久，罗马的一位朋友心急如焚地给伽利略写了一封信叫他一定要小心行事，因为可怕的宗教裁判所己经开始布置力量严密地监视他了。佛罗伦萨一群嫉妒青云直上的伽利略的哲学家们，开始与教会官员、科学家联合，有恃无恐地攻击伽利略。因为他们已经得知罗马教会对伽利略不像1611年那般热情了。
1614年12月，恶修士卡西尼来到佛罗伦萨的一所教堂布道，公开指责伽利略的信徒们，他宣称：“哥白尼的学说是不符合天主教信仰的。因为他的许多地方与《圣经》相违背，因此是异端学说。”
卡西尼于1615年3月20日秘密来到罗马，向宗教裁判所参了伽利略一本，他在告密书中写道：“我向神圣法庭报告，伽利略提出了从神学角度看是与教父们解释的《圣经》相矛盾的观点，他认为地球每天自转一周而太阳是静止不动的。”
卡西尼的告密，为罗马神圣法庭提供了可乘之机，于是宗教裁判所对卡西尼做了进一步的询问并记录下来，作为控告伽利略的证据。于是。一场宗教围剿科学的丑剧上演了。
伽利略知道这件事情以后，立刻给红衣主教们写信申明自己对于教会，对于天主教的忠心。在宗教法庭的红衣主教会议上，伽利略的信被宣读了。因为他们也不愿找茬儿为难伽利略，去干涉科学问题。于是他们决定折衷来解决这个问题，要求伽利略及其支持者们不要推翻《圣经》已有的对宇宙的说法，对哥白尼的著作也只会删去某些不当的部分，并原封不动保留其关于天文学的假说。
科学纷争1615年12月，伽利略第三次去了罗马。但是，这一次迎接他的是冷酷无情的冬天。
伽利略在燃烧的晚霞里看到了罗马城里高耸的尖塔顶和高高的十字架，这让伽利略感到一种崇高的使命感。伽利略感受到了大自然的庄严和崇高，同时他也相信上帝的深遂和伟大，他坚信，教会是会相信他的虔诚并接受他的观点的。但是，伽利略错了。
1616年2月24日，宗教裁判所宣布了两条禁令：
一、太阳是宇宙的中心，而且纹丝不动。
二、地球既不是宇宙的中心，也不是不动的，而是在做整体和周期的运动。
宗教裁判所把这两个观点列为禁令，并向伽利略宣布。伽利略沉默地听着，一句话也没有说。然后，公证人迅速将今天的情形记录备案。
由于红衣主教贝拉明对这件事情不满，所以这次谈话的公证人记录上，他并没有签名。
3月5日，技术委员会受宗教裁判所的委托，对哥白尼及宣布哥白尼学说的一切书籍予以禁止。矛头实际上已经对准了伽利略，贝拉明立刻把伽利略请到家中对他进行规劝。
但伽利略不想就这样委曲求全地与教会达成一种妥协，于是，伽利略和教会之间陷入了僵局。保罗五世不耐烦了，他沉下脸来，恶狠狠地表示要起诉这个固执己见、桀骜不驯的学者。伽利略的朋友们在这种充斥着火药味儿的气氛中，越来越为伽利略的安全担心了，他们劝伽利略赶紧离开罗马，否则以后想脱身都难了。还有一些朋友从比萨和威尼斯写信问他是否已经受到处罚，并且告诉伽利略他们已经放弃哥白尼学说了。伽利略十分生气，于是要求贝拉明为他写一个证明，证明他只是知道了这个禁令，而并没有任何放弃的表示。其实，伽利略让贝拉明写这个证明的同时，就已经决定要回佛罗伦萨。他必须要接受已成的事实，否则他可能惹到更大的麻烦，甚至有可能步布鲁诺的后尘。于是，伽利略向教会妥协了，不久他就回到佛罗伦萨。
伽利略回到佛罗伦萨以后住在南部一个叫做阿圣翠的小山庄里。1623年，伽利略出版了论彗星的著作《尝试者》。1632年3月，伽利略一生的心血《对话》在佛罗伦萨出版了。在这本书中，伽利略采用了个人对话的形式，借别人之口批判了亚里士多德的地球中心说和宗教的唯心主义世界观，论述并发展了哥白尼的日心说。因为这本书，伽利略被后人称为“近代科学之父”，但也因为这本书，伽利略走上了刑场。
伽利略虽然在《对话》的前言中说，他只把地动说当作一种假说，但是，眼明的人一眼就会看出伽利略是多么地热爱他的学说，于是，伽利略的敌人向乌尔班八世教皇证明《对话》是对神圣教会的致命威胁，它对于教会来说，比新教的船和加尔文更可怕。甚至有人对教皇说，《对话》的书中有教皇的影子，伽利略在书中放肆地把科学权威和教会权威对立起来。他们还找出一些例句以证明伽利略对教皇的不恭敬。又有一些人把1616年那份贝拉明没有签名的记录找出来给乌尔班八世看，这份文件上写得很清楚，上任教皇禁止伽利略讨论哥白尼的学说。乌尔班八世被震怒了，他认为伽利略有意在欺骗和侮辱他。灾难终于降临到了伽利略的头上。
1616年8月，罗马宗教法庭下令禁止出售《对话》，9月30日，佛罗伦萨宗教裁判所交给伽利略一纸宗教裁判所的命令：“教皇陛下责令佛罗伦萨宗教裁判官以教会的名义告知伽利略，他务必于本年10月内赶到罗马来，听候教会首席特别代理的审讯。”
就这样，教皇乌尔班八世亲手把伽利略送到了宗教裁判所，伽利略的明天操纵在别人的手里。
伽利略读完裁判官送来的传唤命令后，惊恐和疾病夹击着他，他的宿疾关节炎越来越严重，折磨得他几个星期不能起床，而更让他心灵煎熬的是，他的女儿维吉妮娅正在患病，而且病情十分危险，伽利略担心自己从罗马回来，就再也见不到她了。想到这些，不禁落下泪来。
可是伽利略如果不去受审，那么宗教裁判所就可以对他进行肆无忌惮地宣判，那么他将是更危险的。于是，伽利略决定动身前往罗马。
伽利略坐着科西墨大公送给他的轿子，经过了3个星期的跋涉终于来到了罗马。只有刚直不阿的佛罗伦萨外交官尼克里尼不顾众人的反对，亲自去迎接伽利略。他把伽利略安置在他曾经住过的房间里，并且亲自为伽利略安排饮食。在尼克里尼的照顾下，伽利略的身体状况比以前好多了，而且他的惊恐和惶惑也慢慢平静下来。他开始考虑法庭将会怎样审判他，他该如何回答，他一再提醒自己，万万不可陷入敌人的陷阱里去，1633年3月11日，按照当时宗教裁判所的规定，在审判期间受审人必须要住在密涅瓦的多明教会的修道院里，因此伽利略被隔离起来了。
接受审讯1633年3月12日，审讯正式开始了。
伽利略走进了审判大厅，他看到10名法官坐在堂上，他们是清一色的红衣大主教，还有两位多明教会的教主，一位是教皇的兄弟，一位是教皇的外甥。
3个身着黑袍的法官坐在桌子后面，表情异常严肃。他们看到年老体衰、步态蹒跚的伽利略，还略动了些恻隐之心，令人搬张椅子让他坐下。伽利略身边没有一个朋友，他要一个人去面对10个“异端”法庭的法官，伽利略感到从未有过的紧张和痛苦。可是，当他看见法官身后那高悬的十字架时，他的心稍稍宽慰了一些，伽利略静静地等待着法官的审问。
法官开始用拉丁语，而且是第三人称的方式提出问题。
“这本书是他的著作吗？”
“他为什么会想到写这本书？
“这本书的内容是什么？”
这些问题早已在伽利略的预想之中，他按照已经准备好的回答诉说了一遍。
“他是否应允过检查人员的要求，在书的‘前言’里要确保每个读者不会误认为他在替哥白尼辩护？”
“是的，我有。我已修改过我的‘前言’。”
“那么为什么‘前言’和书体印刷不一致呢？是否以此来表示‘前言’与本书无关？”
伽利略有些筋疲力竭地说：“‘前言’的几页手稿在罗马检查人的手中扣得太久，所以取回来的时候，全书已经印好，这部分是补印的，所以字体上有所差异。”
伽利略感到头晕目眩，身体发抖。他觉得自己就像一只被孩子围攻的壁虎，所有的石子都敲在他的身上，所有问题都击打着他疲惫的脑子，这场审问结束后，伽利略已无力再从椅子上站起来了。第二天、第三天审问继续着。
伽利略并没有怀疑法官困扰和折磨他的职权，而惟一让他感到寝食难安的是：他对他的宗教信仰真的有罪吗？他只是以科学的态度说出了一些事实而已，圣母会这样残忍地对待她的顽皮的孩子吗？
伽利略相信给他巨大折磨的法庭，他相信法庭的残酷是为了爱。于是，他告诫自己，下一次站在法官前的时候不要忘记这一点。因此，他不再动怒，也不再反抗，法官指出他的错误，他要千恩万谢，他心甘情愿地接受应有的惩罚。6月底，法庭再度开庭。