В обстановке растущей пореформенной реакции (расстрел крестьян в с. Бездна Казанской губ., репрессии против студентов и закрытие Петербургского университета, арест Михайлова, В. А. Обручева и др.) внимание III отделения все более привлекает деятельность Ч. С осени 1861 г. за ним была установлена полицейская слежка (использовались и такие средства, как подкуп прислуги). Но Ч. был умелым конспиратором, в его бумагах не находили ничего подозрительного. В июне 1862 г. было запрещено на восемь месяцев издание "Современника" и "Русского слова".

7 июля 1862 г. Ч. был арестован у себя на квартире (жена с двумя сыновьями гостила в Саратове). Поводом для ареста послужило перехваченное на границе письмо Герцена и Огарева к Н. А. Серно-Соловьевичу, в котором предлагалось издавать "Современник" в Лондоне или в Женеве. В тот же день Ч. стал узником Алексеевского равелина Петропавловской крепости, где пробыл до вынесения приговора - гражданской казни, состоявшейся 19 мая 1864 г. на Мытнинской прощали. Он был лишен всех прав состояния и присужден к 14 годам каторжной работы в рудниках, с последующим поселением в Сибири; Александр II сократил срок каторги до 7 лет. Судебный процесс по делу Ч. тянулся очень долго из-за отсутствия прямых улик; роковую роль в нем, как и в делах Михайлова и арестованного позднее Шелгунова, сыграли написанные Вс. Д. Костомаровым (участвовавшим в напечатании прокламаций) фальшивые бумаги. В вину Ч. вменялись, помимо написания "Барским крестьянам .", также его подцензурные статьи в "Современнике"; Ч. и его друзья тщетно боролись с полным отсутствием законности.

В крепости Ч. обратился к художественному творчеству. Здесь, с 14 декабря 1862 г. по 4 апреля 1863 г., был написан роман "Что делать? Из рассказов о новых людях". За ним последовали оставшиеся незаконченными повесть "Алферьев" (1863) и роман "Повести в повести" (1863), "Мелкие рассказы" (1864). Увидел свет - по недосмотру цензуры - лишь роман "Что делать?" (Современник. - 1863.-ЛГо 3-5).

20 мая 1864 г. Ч. под конвоем отправили в Е Сибирь, где он находился сначала на руднике Кадае Нерчинского округа (месте каторги и скорой смерти Михайлова), а с сентября 1865 г. - в тюрьме Александровского завода. По официальному разрешению в Кадаю в августе 1865 г. приезжала на несколько дней О. С. Чернышевская с сыном Михаилом. Круг общения Ч. на каторге составляли политические заключенные (С. Г. Стахевич. П. Ф. Николаев и др.), впоследствии вспоминавшие о читках Ч. не дошедших до нас художественных произведений, в особенности сожалевшие о пропаже отосланного в Петербург Пыпину романа "Старина", вобравшего в себя обширный автобиографический материал. Его продолжением был "Пролог. Роман из начала шестидесятых годов" (написан в 1867- 1870 гг.; первая часть - "Пролог пролога" - опубл. в Лондоне в 1877 г.; в России роман был издан полностью в 1906 г.). Сохранились также пьесы "Драма без развязки", "Мастерица - варить кашу", повесть "История одной девушки", рассказы "Кормило кормчему", "Знамение на кровле" и др.; почти все они были задуманы как части неосуществленных полностью больших циклов.

Каторга, срок которой истек в 1871 г., оказалась преддверием к худшему испытанию - поселению в Якутии, в городе (а в сущности в глухом поселке, где тюрьма была лучшим зданием) Вилюйске, отличавшемся губительным климатом. Здесь Ч. был единственным ссыльным и мог общаться только с жандармами и местным якутским населением; переписка была затруднена, а часто специально задерживалась. Все же Ч. узнал в 1877 г. о смертельной болезни Некрасова и успел передать ему - в письме к Пыпину - слова любви и прощания (15, 86-88). Т. к. бумаги Ч. отбирались при обысках, он писал и сам уничтожал написанное (из созданного в Вилюйске сохранились две части романа "Отблески сияния"). Только в 1883 г., при Александре III, под давлением требований "Народной воли" Ч. было разрешено переселиться в Астрахань. Резкая перемена климата очень повредила его здоровью.

Годы крепости, каторги и ссылки (1862-1883) не привели к забвению имени и сочинений Ч.- его слава мыслителя и революционера росла, вдохновляя на смелые планы его освобождения (ему пытались устроить побег Г. А. Лопатин в 1871 г., И. Н. Мышкин в 1875 г., оба были арестованы; были и другие попытки). Сам Ч. никогда не просил о смягчении своей участи, в частности, летом 1875 г. отказался от подачи прошения, к которому его пытались склонить власти. "А что касается лично до меня, - писал он жене в 1871 г., - я сам не умею разобрать, согласился ли б я вычеркнуть из моей судьбы этот переворот, который повергнул тебя на целые десять лет в огорчения и лишения. За тебя я жалею, что было так. За себя самого совершенно доволен. А думая о других, - об этих десятках миллионов нищих, я радуюсь тому, что без моей воли и заслуги придано больше прежнего силы и авторитетности моему голосу, который зазвучит же когда-нибудь в защиту их" (14, 504).

По приезде в Астрахань Ч. надеялся вернуться к активной литературной деятельности, однако публикации его работ, хотя и под псевдонимом, были затруднительны. Основным источником заработка, в котором крайне нуждалась семья Ч., стали переводы, тяготившие Ч. тем более, что его глубоко не удовлетворяли субъективно - идеалистические воззрения авторов переводимых книг ("Энергия в природе" В. Карпентера, многотомная "Всеобщая история" Г. Вебера и др.). Используя приемы работы с Миллем, Ч. снабжал переводы вступительными статьями, послесловиями, нередко выбрасываемыми при издании. Все же Ч. удалась опубликовать некоторые собственные философские работы: "Характер человеческого знания" (Русские ведомости 1885.- М. 63-64, под псевдонимом Андреев), "Происхождение теории благотворности борьбы за жизнь" (Русская мысль. - 1886. - ЛГ 9, за подписью Старый трансформист). Вместе с написанным в 1888 г. предисловием к предполагаемому 3-му изданию "Эстетических отношений ." (состоявшемуся лишь в 1906 г.) эти работы Ч. заключают в себе резкую критику неокантианства, агностицизма ("иллюзионизма"), характерного для многих философов и естественников тех лет. Из художественных сочинений Ч. опубликовал "Гимн Деве неба" (Русская мысль. - 1885.- № 7, под псевдонимом Андреев). Писал повесть "Вечера у княгини Старобельской". Получив спасенные Антоновичем после ареста Ч. "Материалы к биографии Н. А. Добролюбова", готовил их к изданию и успел опубликовать первый раздел (Русская мысль. - 1889.- № 1-2). Первый том вышел в 1890 г., после смерти Ч.

При всей интенсивности работы Ч. самые дорогие для него замыслы - в частности, создание давно задуманных популярных энциклопедий по разным отраслям знаний - осуществить не удалось. В июне 1889 г. .Ч. получил разрешение вернуться на родину, в Саратов. Он строил большие планы несмотря на резко ухудшавшееся здоровье. Умер от кровоизлияния в мозг, похоронен на Воскресенском кладбище в Саратове.