Зорге был арестован 18 октября 1941 года. Но только 17 мая 1942 года министр юстиции Японии выпустил первое официальное заявление по делу Зорге — скупое сообщение с перечислением имен арестованных. В анкете в личном деле Зорге появилась фраза: "По данным НКВД, расстрелян японцами в 1942 году". Очевидно, чекисты и разведчики ориентировались на советскую практику, когда шпионов расстреливали вскоре после вынесения приговора.
В январе 1942 года прошла вторая волна арестов по делу Зорге, на основании показаний подследственных, арестованных в октябре 1941 года. Всего по делу группы Зорге было арестовано 35 человек, но привлекли к суду только 18, из которых один умер, не дожив до приговора. Дознание длилось до мая 1942 года. Следствие по деду "Рамзай" вели сначала чиновники японской тайной полиции, а затем — прокуратуры. 16 мая 1942 года официальные обвинения были предъявлены первым 7 обвиняемым: Зорге, Одзаки, Максу Клаузену, Вукеличу, Мияги, Сайондзи и Инукаи. Остальным обвинения были предъявлены позднее. В июне 1942 года дела 18 обвиняемых были направлены в Токийский окружной уголовный суд. Однако прежде чем начались судебные заседания, Зорге и остальные обвиняемые в течение полугода подвергались повторным допросам — теперь уже со стороны судей. Зорге допрашивал судья Кадзуо Накамура. Его допросы закончились 15 декабря 1942 года. Допросы остальных обвиняемых продолжались.
В "Тюремных записках", подводя итоги деятельности резидентуры, Зорге приводил примеры своих сбывшихся прогнозов: "(1) Я сначала предсказывал, что японо-китайский конфликт страшно затянется и ослабит Японию до такой степени, что ей уже не удастся восстановиться; (2) во время событий на Халхин-Голе я твердо был убежден в том, что Япония не имеет намерений развязать войну с СССР; (3) а летом 1941 г. выдвинул версию о том, что общая мобилизация в Японии не направлена в первую очередь против СССР".
Все эти прогнозы действительно сбылись. Зорге стремился доказать, что тем самым не нанес никакого ущерба Японии своей деятельностью. Но это не избавило "Рамзая" от смертного приговора.
Судебные заседания начались 31 мая 1943 года. Дело каждого обвиняемого рассматривалось отдельно тремя судьями. По каждому обвиняемому выносился отдельный приговор. Приговоры основным обвиняемым были вынесены 29 сентября 1943 года. Зорге и Одзаки были приговорены к смертной казни через повешение. Вукелич и Клаузен — к пожизненному тюремному заключению, Анна Клаузен — к семи годам тюрьмы. Сайондзи Кинкадзу, сын принца Сайондзи Киммоти, отделался легче всех других осужденных, получив 1,5 года с отсрочкой исполнения приговора на 2 года. Токутаро Ясуда получил 2 года с отсрочкой на 5 лет. Инукаи Кэн избежал судебного разбирательства, будучи освобожден из-под ареста в мае 1942 года. Иотоку Мияги умер в тюрьме от туберкулеза 2 августа 1943 года, ещё до вынесения приговора, а Ёсио Кавамура скончался 15 декабря 1942 года. В декабре 1943 года были вынесены еще три приговора: Сигэо Мидзуно (13 лет), Фусако Кудзуми (8 лет) и Томо Китабаяси (5 лет).
В январе-феврале 1944 года были осуждены оставшиеся члены группы: Ёсинобу Косиро (15 лет), Угэнда Тагути (13 лет), Масадзанэ Ямана (12 лет), Сумио Фунакоси (10 лет), Тэйкити Каваи (10 лет), Кодзи Акияма (7 лет) и Хатиро Кикути (2 года).
Зорге говорил на суде: "Японские законы — субъект для толкований, и толковать их можно либо широко, либо буквально. И хотя утечка информации может, строго говоря, быть наказуема законом, в практике японской судебной системы вопросы хранения секретов не являются подсудными… Я полагаю, что в обвинительном заключении было уделено недостаточно внимания нашей деятельности и природе собираемой нами информации. Данные, которые получал… (один из моих агентов. — Б. С.), не являлись ни секретными, ни важными. Он приносил мне лишь те новости, которые были хорошо известны любому корреспонденту-международнику… То, что можно было бы назвать информацией политического характера, добывалось Одзаки и мною. Я получал информацию в германском посольстве, но и здесь я также считаю, что лишь малую ее часть можно было бы отнести к разряду госсекретов. Ее давали мне добровольно, и, добывая ее, я не прибегал ни к какой стратегии, за которую меня следовало бы наказать. Я не пользовался ни ложью, ни силой… Я очень доверял той информации, которая предназначалась… для использования в германском генеральном штабе, и я убежден, что японское правительство, сообщая какие-то сведения германскому посольству, учитывало возможность утечки… Даже та информация, которую Одзаки считал важной и секретной, уже таковой не являлась, потому что он получал ее опосредованно, лишь после того, как она покинула секретный источник".
Сначала Зорге не хотел подавать апелляцию, но потом все же сделал ото, как и Одзаки. По делу Клаузена апелляцию подал прокурор, требовавший для радиста смертной казни. По Клаузену приговор утвердили в прежнем виде.