Так в дело создания железнодорожного концерна Мамонтова вошел еще один участник — директор Петербургского международного коммерческого банка А. Ю. Ротштейн. Этот банкир был доверенным лицом Витте и имел многочисленные связи в европейских финансовых центрах. Безвыходное положение заставило С. И. Мамонтова пойти на рискованный шаг. В августе 1898 г. он продал 1650 акций Северной дороги Международному банку и одновременно получил специальную ссуду под залог акций и векселей, принадлежавших его семье.
По сути дела, на карту было поставлено все его состояние. Тем не менее принятые меры не привели к желаемому результату и в конце июля 1899 г. правление Московско-Ярославско-Архангельской дороги во главе с председателем ушло в отставку. Вскоре Савва Иванович был арестован и помещен в Таганскую тюрьму, а на все его имущество был наложен арест. Кредиторы предъявили ко взысканию долговые обязательства и потребовали продажи дома семьи Мамонтовых на Спасской-Садовой со всеми художественными ценностями.
Точные обстоятельства этого уголовного дела до сих пор остаются невыясненными, но, по-видимому, Мамонтов просто стал «козлом отпущения». Вся эта «Мамонтовская Панама», как тогда говорили, была одним из эпизодов борьбы казенного и частного железнодорожного хозяйства. Возглавляемое С. Ю. Витте правительство всеми силами стремилось прибрать к рукам частные железные дороги. Кроме того, считалось, что крах предпринимателя был связан не только с тем, что он взял на себя непосильную финансовую ношу. Как писал современник, «он был разорен и опозорен главным образом за свое отступничество от традиций московского купечества». Не будь Мамонтов белой вороной в среде промышленных олигархов, он, конечно, нашел бы у них поддержку, избежав скандала и бесчестия.
Газетный поток сенсационных «разоблачений» привел к тому, что некоторые знакомые отвернулись от арестанта.
Но были люди, не изменившие своего отношения к опальному бизнесмену. Одни хлопотали по его делу, другие старались поддержать его в трудное время. Например, Савва Морозов готов был выплатить за своего тезку залог, но полицейские власти подняли его с 700 тыс. до 5 млн рублей — перед такой суммой отступил даже состоятельный текстильный магнат. Станиславский писал узнику в тюрьму: «Есть множество людей, которые думают о Вас ежедневно, любуются Вашей духовной бодростью.» Примечательно, что рабочие и служащие Северной дороги собирали деньги для «выкупа» своего хозяина.
Более пяти месяцев провел он в одиночной камере. И только после заключения врачебной комиссии, что Мамонтов «страдает болезнями легких и сердца», следователь неохотно согласился на замену тюремного содержания домашним арестом.
Летом 1900 г. в Московском окружном суде началось судебное разбирательство. Защитником С. И. Мамонтова был приглашен известный адвокат Ф. Н. Плевако. Никто (а по делу прошли десятки свидетелей) не сказал о Савве Ивановиче ничего плохого. Все их выступления сводились к тому, что выявленные нарушения не были результатом злого умысла. После вынесения оправдательного приговора присяжных, писал позднее Станиславский, «зал дрогнул от рукоплесканий. Не могли остановить оваций и толпы, которая бросилась со слезами обнимать своего любимца». Несмотря на то что «материального довольства он не вернул, но любовь и уважение к себе удесятерил».
Для выплаты долгов почти все имущество семьи Мамонтовых было пущено с молотка. Несколько картин из его собрания приобрели Третьяковская галерея и Русский музей. А сам Савва Иванович в конце 1900 г. поселился в небольшом деревянном домике за Бутырской заставой, принадлежавшем его дочери Александре. Сюда была переведена из Абрамцево его гончарная мастерская. В ней, совместно с Врубелем и мастером-керамистом П. К. Ваулиным, он занимался изготовлением майолики — художественной керамики, покрытой глазурью. Здесь были выполнены самые прославленные творения «нового искусства», в том числе панно «Принцесса Греза», украшающее фасад гостиницы «Метрополь».
Сравнительно редко теперь появлялся Мамонтов на людях, жил замкнуто, общался с узким кругом родных и друзей. Потеряв многое, он сохранил до конца дней любовь к искусству, к людям этого мира. Старые друзья его не забывали. В. А. Серов, В. М. Васнецов, К. А. Коровин, В. Д. Поленов, В. И. Суриков, И. Э. Грабарь, С. П. Дягилев, Ф. И. Шаляпин и другие мастера российской культуры часто навещали опального мецената.
Революция застала бывшего «железнодорожного короля» серьезно больным. Весной 1918 г. он заболел пневмонией и 24 марта скончался в своей мастерской у Бутырской заставы. Затем его тело было перевезено в Абрамцево и похоронено у Спасской церкви.