В 1882 году вернулся в Петербург и поступил в Военную академию. По решению «Народной воли» он готовил покушение на царя, которое должен был совершить, сбросив из квартиры отца взрывное устройство на выезжавшую из ворот карету царя, однако 13 марта 1883 года был арестован в связи с предательством С. П. Дегаева.
28 сентября 1884 года на «процессе 14-ти» приговорен военно-окружным судом к смертной казни, которую заменили пятнадцатью годами каторги.
16 октября 1884 года привезен в Шлиссельбург.
В заключении в корне пересмотрел свои взгляды и стал духовным писателем.
Весной 1887 года отправлен на Сахалин, где отбыл еще 8 лет каторги. Первые годы провел на тяжелых работах, а впоследствии заведовал местной метеорологической станцией, начал писать рассказы, которые публиковал под псевдонимом Миролюбов.
После освобождения в 1895 году жил во Владивостоке. В 1897 году вернулся в Петербург, где служил в инспекции Управления сберегательными кассами, был членом-корреспондентом Главной физической обсерватории Академии наук, написал ряд книг с описанием Шлиссельбургской крепости, Сахалина и несколько религиозно-нравоучительных книг, издававшихся Обществом трезвости.
В 1902 году женился на Надежде Ивановне Колюбакиной, которая заведовала «Убежищем для женщин, вышедших из тюрем Санкт-Петербурга». 30 декабря 1905 года у них родился сын Даниил, получивший известность как поэт Даниил Хармс.
После революции до пенсии служил главным бухгалтером Волховстроя, потом — историком-архивистом.
17 мая 1940 года умер в возрасте 80 лет от заражения крови.
Вместе с Н. Левченко, А. Баламезом, М. Диковским бежал с Кары 1 мая 1882 года, но 22 мая был пойман казаками на границе с Китаем. По приговору Забайкальского окружного суда срок каторжных работ увеличен на 10 лет. За участие в беспорядках на Каре был перевезен в 1883 году в Петербург и 4 августа 1884 года заключен в Шлиссельбургскую крепость, где начал писать роман «Гнездо террористов» из эпохи 70-х годов.
Страдал хроническим воспалением почек с параличом мочевого пузыря.
Умер 30 августа 1896 года в Шлиссельбурге.
В 1933 году в издательстве «ACADEMIA» вышла его книга «Булгаков. Роман, написанный в Шлиссельбурге».