Но Рим начал выступать против теории Коперника, и в 1615 году, когда священник Паоло Антонио Фоскарини (ок. 1565-1616) опубликовал книгу, в которой утверждалось, что теория Коперника не противоречит Священному Писанию, специалисты по инквизиции рассмотрели этот вопрос и провозгласили теорию Коперника еретической. Книга Фоскарини была запрещена, как и некоторые другие технические и нетеологические работы, такие как "Эпитомия Коперника" Иоганнеса Кеплера. Собственная книга Коперника 1543 года "De revolutionibus orbium coelestium libri vi" ("Шесть книг о революциях небесных шатров") была приостановлена до исправления. Галилей не был прямо упомянут в указе, но Роберт Кардинал Беллармине (1542-1621 гг.) запретил ему "держать или защищать" теорию Коперника. В неправильно подготовленном документе, помещенном в инквизиционные досье в это время, говорится, что Галилео был предупрежден "не держать, не преподавать и не защищать" теорию Коперника "каким-либо образом, в устной или письменной форме".
Таким образом, Галилео был фактически обречён на проблему Коперника. Он крайне медленно оправлялся от этой неудачи. Через ученика он вступил в спор о природе комет, вызванный появлением трех комет в 1618 году. После нескольких обменов, в основном с Орацио Грасси (1583-1654), профессором математики в Колледжо Романо, он, наконец, вступил в спор под собственным именем. Il saggiatore" ("Пророк"), опубликованный в 1623 г., представляет собой блестящую полемику о физической реальности и экспозицию нового научного метода. Галилео здесь обсуждал метод зарождающейся науки, рассуждая:
Философия написана в этой великой книге - Вселенной, постоянно открытой нашему взгляду. Но книга не может быть понята до тех пор, пока не научишься сначала понимать язык и читать буквы, в которых она составлена. Она написана на языке математики, а её иероглифы - это треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без которых невозможно понять ни одного слова.
Галилео Галилей
Он также проводит различие между свойствами внешних объектов и ощущениями, которые они вызывают в нас, т.е. разграничение между первичными и вторичными качествами. Публикация "Il saggiatore" вышла в благоприятный момент, для кардинала Маффео Барберини (1568-1644), друга, поклонника и покровителя Галилея в течение десятилетия, был назван Папой Римским Урбаном VIII, так как книга собиралась в печать. Друзья Галилея быстро договорились о том, чтобы она была посвящена новому Папе. В 1624 году Галилео отправился в Рим и дал шесть интервью Урбану VIII. Галилео рассказал Папе о своей теории приливов (разработанной ранее), которую он выдвинул как доказательство ежегодных и суточных движений Земли. Папа разрешил Галилео написать книгу о теориях Вселенной, но предупредил его относиться к теории Коперника только гипотетически. Книга "Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, tolemaico e copernicano" ("Диалог о двух главных мировых системах - птолемее и коперникане") была завершена в 1630 году, и Галилео отправил ее римскому цензору. Из-за вспышки чумы связь между Флоренцией и Римом была прервана, и Галилео попросил провести цензуру вместо этого во Флоренции. Римский цензор выступил с рядом серьезных критических замечаний в адрес книги и передал их своим коллегам во Флоренции. После написания предисловия, в котором он утверждал, что то, что последовало за ним, было написано гипотетически, Галилео имел мало проблем с получением книги через флорентийских цензоров, и она появилась во Флоренции в 1632 году.
В остроумной беседе Диалога между Сальвиати (представляющим Галилея), Сагредо (умным мирянином) и Симплицио (крашеным в шерсти аристотелем) Галилей собрал все аргументы (главным образом, основанные на его собственных телескопических открытиях) в пользу теории Коперника и против традиционной геоцентрической космологии.
В отличие от Аристотеля, подход Галилео к космологии является фундаментально пространственным и геометрическим: Земная ось сохраняет свою ориентацию в космосе, поскольку Земля вращается вокруг Солнца, а тела, не находящиеся под действием силы, сохраняют свою скорость (хотя эта инерция, в конечном счете, является круговой). Но, давая последнее слово Симплицио, что Бог мог сделать вселенную так, как он хочет, и все-таки показать нам, как она выглядит, он вложил любимый аргумент Папы Римского Урбана VIII в уста человека, над которым насмехались на протяжении всего диалога. Реакция против книги была быстрой. Папа созвал специальную комиссию для изучения книги и вынесения рекомендаций; комиссия пришла к выводу, что Галилео на самом деле не относился к теории Коперника гипотетически, и рекомендовала инквизиции возбудить против него дело. Галилео был вызван в Рим в 1633 году. Во время своего первого появления перед инквизицией он столкнулся с записью эдикта 1616 года, в которой говорилось, что ему запрещено обсуждать теорию Коперника. В свою защиту Галилео выпустил письмо от кардинала Беллармине, к тому времени уже мертвого, в котором говорилось, что ему было предписано только не держать и не защищать теорию. Дело оказалось в какой-то тупиковой ситуации, и, в чём можно назвать только сделку о признании вины, Галилео признался, что преувеличил своё дело. Его объявили яростно подозреваемым в ереси, приговорили к пожизненному заключению и формально отказались от него. Нет никаких доказательств того, что в это время он прошептал "Eppur si muove" ("И все же он шевелится"). Следует отметить, что Галилео никогда не находился в темнице и не подвергался пыткам; во время процесса инквизиции он останавливался в основном в доме тосканского посла в Ватикане и на короткое время в комфортабельной квартире в здании Инквизиции.
После процесса он провел шесть месяцев во дворце Асканио Пикколомини (ок. 1590-1671 гг.), архиепископа Сиены, друга и покровителя, а затем переехал на виллу недалеко от Арцетри, на холмах над Флоренцией. Там он провёл остаток своей жизни. Дочь Галилея, сестра Мария Селеста, которая находилась в близлежащем монастыре, была большим утешением для своего отца до своей безвременной кончины в 1634 году.
Галилео тогда было 70 лет. Но он продолжал работать. В Сиене он начал новую книгу по наукам о движении и силе материалов. Там он написал свои неопубликованные исследования, которые были прерваны его интересом к телескопу в 1609 году и с тех пор он стал заниматься с перерывами. Книга была вывезена из Италии и опубликована в Лейдене (Нидерланды) в 1638 г. под названием "Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attenenti alla meccanica" ("Диалоги о двух новых науках"). Галилео здесь впервые рассмотрел изгиб и преломление и резюмировал свои математические и экспериментальные исследования движения, включая закон падающих тел и параболический путь снарядов в результате смешивания двух движений, постоянной скорости и равномерного ускорения. К тому времени Галилео ослеп, и он провёл своё время, работая с молодым студентом, Винченцо Вивиани, который был с ним, когда он умер 8 января 1642 года.
