Пущин 8 декабря 1825 г. приехал из Москвы в Петербург. Он присутствовал на последних совещаниях членов тайного общества и 14 декабря был на Сенатской площади, где собрались заговорщики и возмущенные ими войска. Когда восстание было подавлено, Пущин одним из последних ушел с площади, в шинели, пробитой во многих местах картечью. Рано утром 15 декабря к нему приехал его лицейский товарищ князь Горчаков. Он привез ему заграничный паспорт и умолял его ехать немедленно за границу, обещаясь доставить его на иностранный корабль, готовый к отплытию. Пущин не согласился уехать: он считал постыдным избавиться бегством от той участи, которая ожидает других членов тайного общества: действуя с ними вместе, он хотел разделить и их судьбу. В то же утро заехал к Пущину кн. П. Л. Вяземский и спросил его: не может ли он быть ему чем-нибудь полезен. Пущин просил его взять на сохранение портфель с бумагами; в портфеле этом было несколько стихотворений Пушкина, Дельвига и Рылеева, а также несколько записок по разным общественным вопросам. Все эти бумаги, если бы они и были взяты при обыске, не могли служить к отягчению участи Пущина; он потому только отдал их кн. Вяземскому, что желал сохранить их, так как они были связаны с дорогими для него воспоминаниями. Князь Вяземский обещал сберечь этот портфель и возвратить его Пущину при первом с ним свидании. И действительно, в 1857 г., в первый же день приезда Пущина в Петербург, кн. Вяземский привез ему портфель, взятый им на сохранение 32 года тому назад.
15 декабря Пущин был арестован и заключен в Петропавловскую крепость. Во время следствия он по выдал никого из своих товарищей, и поэтому в «Донесении следственной комиссии» вовсе не встречается ссылок на его показания. Верховный уголовный суд отнес его к первому разряду государственных преступников и приговорил к смертной казни отсечением головы. Указом, данным Верховному суду 22 августа 1826 г., он всемилостивейше освобожден от смертной казни с заменою ее ссылкой в вечные каторжные работы. После произнесения приговора Пущин был отвезен в Шлиссельбургскую крепость, откуда только через полтора года был отправлен в Сибирь, в каторжные работы.
В первый день его приезда в Читу, 5 января 1828 г. Александра Григорьевна Муравьева вызвала его к частоколу и отдала ему листок бумаги, на котором было написано:
«Отрадно, — пишет Пущин, — отозвался во мне голос Пушкина. Преисполненный глубокой, живительной благодарности, я не мог обнять его, как он меня обнимал, когда я первый посетил его в изгнании. Увы! Я не мог даже пожать руку той женщине, которая так радостно спешила утешить меня воспоминанием друга». «Наскоро, через частокол, Александра Григорьевна проговорила мне, что получила этот листок от одного своего знакомого, перед самым отъездом из Петербурга, хранила его до свидания со мной и рада, что могла наконец исполнить порученное поэтом».
В начале 1837 г. Пущин узнал о дуэли и смерти Пушкина. «Весть эта, — пишет он, — электрической искрой сообщилась в тюрьме; во всех кружках только и речи было о смерти Пушкина, об общей пашей потере». «Не стану беседовать с Вами об этом народном горе, тогда несказанно меня поразившем: оно слишком тесно связано с жгучими оскорблениями, которые невыразимо должны были отравлять последние месяцы жизни Пушкина. Другим лучше меня, далекого, известны гнусные обстоятельства, породившие дуэль; с своей стороны скажу только, что не мог без особого отвращения об них слышать, меня возмущали лица, действовавшие и подозреваемые в участии по этому гадкому делу, подсекшему существование величайшего из поэтов».