5 марта Павел V утвердил это решение. В тот же день Папа подписал декрет конгрегации, который включил труд Коперника в Индекс запрещённых книг «до её исправления». Всё это время (с декабря 1615 по март 1616 года) Галилей провёл в Риме, безуспешно пытаясь повернуть дело в иную сторону. По поручению Папы 26 февраля его вызвал Беллармино и заверил, что лично ему ничего не грозит, однако впредь всякая поддержка «коперниканской ереси» должна быть прекращена. В знак примирения 11 марта Галилей был удостоен 45-минутной прогулки с Папой.
Церковный запрет гелиоцентризма, в истинности которого Галилей был убеждён, оказался неприемлем для учёного. Он вернулся во Флоренцию и стал размышлять, как, формально не нарушая запрета, продолжать защиту истины. В конце концов он решил издать книгу, содержащую нейтральное обсуждение разных точек зрения. Он писал эту книгу 16 лет, собирая материалы, оттачивая аргументы и выжидая благоприятного момента для её издания.
В 1623 году новым Папой под именем Урбан VIII был избран Маттео Барберини, давний знакомый и друг Галилея. В апреле 1624 года учёный поехал в Рим, надеясь добиться отмены эдикта 1616 года. Он был принят со всеми почестями, осыпан подарками и лестными словами, однако в главном вопросе ничего не добился. Эдикт был отменён только два столетия спустя, в 1818 году. Урбан VIII особо похвалил книгу «Пробирных дел мастер» и запретил иезуитам продолжать полемику с Галилеем.
В 1628 году великим герцогом Тосканы стал 18-летний Фердинанд II, воспитанник Галилея; его отец Козимо II умер семью годами раньше. Новый герцог сохранил тёплые отношения с учёным, гордился их знакомством и всячески помогал.
В марте 1630 года книга «Диалог о двух главнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой», итог почти 30-летней работы, была в основном завершена, и Галилей, решив, что момент для её выхода наконец благоприятен, предоставляет тогдашнюю версию своему другу, папскому цензору Риккарди. Почти год он ждёт его вердикта, затем решается пойти на хитрость. Он добавляет к книге предисловие, где объявляет своей целью развенчание коперниканства, и передаёт книгу тосканской цензуре, причём, по некоторым сведениям, в неполном и смягчённом виде. Получив положительный отзыв, он пересылает его в Рим. Летом 1631 года долгожданное разрешение было получено.
В начале 1632 года «Диалог» вышел в свет. Книга была написана не на учёной латыни, а на «народном» итальянском языке. Галилей безрассудно рассылает 30 экземпляров влиятельным духовным лицам в Риме. Поскольку до этого Галилей вступил в конфликт с иезуитами, защитников у него в Риме осталось мало, да и те, оценив опасность ситуации, предпочли не вмешиваться.
Уже через несколько месяцев книга была запрещена и изъята из продажи, а Галилея вызвали в Рим (невзирая на бушевавшую в то время эпидемию чумы) на суд инквизиции по подозрению в ереси. После неудачных попыток добиться отсрочки по причине плохого здоровья и продолжающейся эпидемии (Урбан в ответ на это пригрозил доставить его насильно в кандалах) Галилей подчинился, написал завещание, отбыл положенный чумной карантин и прибыл в Рим 13 февраля 1633 года. Никколини, представитель Тосканы в Риме, по указанию герцога Фердинанда II поселил Галилея в здании посольства. Следствие тянулось с 21 апреля по 21 июня 1633 года.
По окончании первого допроса обвиняемого взяли под арест. Галилей провёл в заключении всего 18 дней (с 12 по 30 апреля) – эта необычная снисходительность, вероятно, была вызвана согласием Галилея покаяться, а также влиянием тосканского герцога, непрестанно хлопотавшего о смягчении участи своего старого учителя. Принимая во внимание его болезни и преклонный возраст, в качестве тюрьмы была использована одна из служебных комнат в здании инквизиционного трибунала.
