Однако независимо от 1-го Главного управления Тимофеевым-Ресовским заинтересовалось контрразведывательное управление НКГБ, никакого отношения к атомному проекту не имевшее. Для сотрудников этого управления он был просто человеком с подозрительными связями. Насчет того, что делать с такими людьми, в НКГБ в 1945 году не колебались. Поэтому в сентябре Тимофеев-Ресовский был арестован и отправлен в Москву.
Следствие длилось несколько месяцев. Никакими ужасами оно не сопровождалось, следователи были корректны, но не скрывали, что 10 лет их подследственный получит в любом случае: факта невозвращения для этого достаточно. Обвинений в шпионаже и участии в антисоветских организациях Тимофеев-Ресовский не признал, и они были в конце концов сняты. На суде ему дали возможность выступить, и он, между прочим, сказал: «Когда я остался в Германии, я мечтал в будущем возвратиться в СССР организованно, со своим штатом, со своими научными трудами». Все, что он делал, доказывает, что это было чистой правдой. Тем не менее 4 июля 1946 года он был осужден за измену родине (без дополнительных пунктов) и приговорен к 10 годам исправительно-трудовых лагерей.
По тем временам это был относительно мягкий приговор. Возникает вопрос: знал ли о нем Завенягин? Да. Сохранилась его рабочая переписка по делу Тимофеева-Ресовского от февраля 1946 года, когда следствие шло полным ходом. Остановить это следствие Завенягин или не мог, или не хотел. К тому же и объект, на котором предполагалось заниматься радиобиологией, сотрудники 1-го управления, до предела загруженные более срочными делами, пока еще не успели подготовить. Для таких, как Завенягин, решающими всегда были соображения целесообразности. То, что ученый, с которым предстоит работать, будет числиться осужденным, его не смущало, он только попросил коллег из НКГБ не затягивать следствие, что они и выполнили.
Однако в приговоре Тимофеева-Ресовского было указано, что он осужден просто на заключение в лагерях — без оговорок. И его этапировали в Карагандинский лагерь, да еще и направили на общие работы. За проведенные там три с лишним месяца он успел организовать среди заключенных междисциплинарный научный семинар (естественное для него поведение!) и тяжело заболеть пеллагрой. Когда Завенягин спохватился и потребовал срочно привезти Тимофеева-Ресовского в Москву, тот был уже в таком состоянии, что врачи сомневались — выживет ли. Советская государственная машина едва не убила человека, который был ей нужен и сумел добиться ее покровительства. И не по чьему-то злому умыслу, а просто потому, что все делалось бюрократически, по безликому распорядку, не зависящему от воли отдельных людей.
Тимофеев-Ресовский поправился, но зрение у него было поражено то ли пеллагрой, то ли побочными эффектами от лечения так серьезно, что до конца жизни он почти не мог читать. Пользовался лупой, а с мелкими предметами вроде спичек (он был курящим) обращался на ощупь. По словам одной коллеги, «наедине с собой он был слепым». Правда, заметить это было не так-то просто. Николай Владимирович оставался все так же энергичен и в любом месте, где оказывался, сразу собирал вокруг себя единомышленников, в первую очередь молодежь. До 1955 года он работал в системе Завенягина — на закрытом объекте на Урале, руководя лабораторией и живя в комфортабельном домике, но при этом первые несколько лет оставаясь по документам заключенным. Потом переехал в Свердловск, а затем в Обнинск, который привлек его хорошими условиями работы и тем, что для Тимофеева-Ресовского, калужского дворянина, это была малая родина.
За границу Николай Владимирович больше никогда не ездил, в академию избран не был, возможности поселиться в Москве не получил. Попытки изменить эти обстоятельства (а их предпринимал, например, хлопотавший за него академик Петр Капица) встречали глухое, но непреодолимое противодействие со стороны невидимых «контрэволюционеров», как назвал таких людей писатель Борис Штерн. В 1969 году Тимофеева-Ресовского вынудили уйти на пенсию из института в Обнинске. Без работы он, конечно, не остался (такие люди никогда без нее не остаются), но проще жить ему от этого не стало.
Вместе с тем последние десятилетия его жизни (1955–1981) отнюдь не были временем бездействия. Совсем наоборот, они были до предела заполнены новой интересной работой. Тут надо учитывать, что Тимофеев-Ресовский получил свободу тогда, когда современная биология в СССР была не просто приведена в упадок, но полностью уничтожена. Однако оставались люди, полные решимости восстановить то, что можно, и начать создавать новое. И в этих условиях Николай Владимирович был предельно востребован. Он был нарасхват. А поскольку этот общий запрос полностью совпадал с его собственными стремлениями, то без дела он не сидел ни дня.