陈独秀的辩护律师是他的好友章士钊。章士钊引经据典、长篇大论，并以陈独秀被中共开除党，成为托派为辩护的基点，指出陈独秀“国民党取掎角之势以清共也”。

陈独秀听罢立即起立声明：“章律师之辩护全系其个人之意见，并未征求本人同意……本人之政治主张，不能以章律师之辩护为根据，应以本人文件为根据。”让章士钊尴尬难堪的“本人文件”即是《辩诉状》。

为了应付这次审讯，陈独秀早在2月2日就写好了《辩诉状》。这份文件从法理上将国民党政府与国家作区别，称“国民党才是‘危害民国者’”，国民政府是“误国政府”，这样的政府如不早日下台，“则必定会丧失国家前途”。他始终不承认自己已经偏离了共产党背弃了自己所信仰的主义，他认为自己是党内反对派，即他的诗中所说：“党外无党，帝王思想；党内无派，千奇百怪。”

陈独秀和章士钊的辩诉，纵然有理有据，法院还是按着当局的旨意判处陈独秀有期徒刑13年，剥夺公民权15年。宣判完毕，陈独秀当场大声抗议：“我是叛国民党，不是叛国！裁决不公我要上诉！”

事后，老友柏文蔚曾对陈松年说：“你父亲老了还是那个气，想当英雄豪杰，好多朋友想在法庭上帮的忙也帮不上。”

当时陈独秀已经53岁，这也是他一生之中第五次被捕入狱。

不过，党史学界对陈独秀一生被捕的次数有四次和五次之说，陈长璞取信的是“五次说”。争议的是1913年7月的第一次被拘是否算被捕。陈独秀时任安徽都督府秘书长，协助都督柏文蔚参加讨伐袁世凯的“二次革命”，却因柏文蔚部下胡万泰叛变而失败，在途经芜湖时被驻军在此的龚振鹏“绳绑”。《陈独秀大传》著者任建树认为，“被捕是司法术语，而这次陈独秀被龚振鹏从座上客捆绑起来，与政权机关捕人性质不同”。所以他采信“四次之说”。

1934年，陈独秀在狱中作诗《金粉泪》56首，诗中以翔实的历史，借古讽今，抨击了以蒋介石为首的四大家族的黑暗和腐败统治，他在诗后落款则用“所谓民国二十三年”；在狱中为刘海粟大师《古松图》的题词：“黄山孤松，不孤而孤，孤而不孤，孤与不孤，各有其境，各有其图，此非调和折中与孤与不孤之间也”及“行无愧怍心常坦，身处艰难气若虹”；1937年应上海一位知名绅士甲原先生之请，陈独秀题词：“公理没有强权，便是无力的废物，强权不讲公理，终于崩溃”。在陈长璞看来，爷爷的个人魅力及革命决心在这里可以显露出来。

在狱中的陈独秀迎来了许多国民党政要，他们以老朋友的身份劝其悔过，职位高的予以传讯，职务低的前往探监。1932年10月25日，军政部长何应钦传讯。陈独秀称之为“半谈话半审问”，听了陈独秀对时局的看法和对中国共产党的态度，劝其同政府合作，会见后还向陈独秀“索书纪念”。此后，北大校长蒋梦麟、教育部次长段锡朋、铁道部长顾孟余，以及陈公博、徐恩曾等先后前来“探监”，条件是只要写一个悔过书，就可以自由，但都是悻悻而归。

鲁迅评价陈独秀说：“假如将韬略比做一间仓库罢，独秀先生的外面竖一面大旗，大书道：‘内皆武器，来者小心’但那门却开着的，里面几支枪，几把刀，一目了然，用不着提防。”