В биографии Николая Даниловского был тяжёлый период: на 4 месяца он оказался в заключении по делу петрашевцев. Его арестовали 22 июня 1849 года по доносу, хотя Данилевский был твёрдо уверен, что его не коснутся аресты, которые начались в Петербурге.
Петрашевцы — группа молодёжи, собравшаяся во 2-й половине 40-х гг 19 века, последователи идей Петрашевского, в которую входили выпускники Царскосельского лицея. Прежде всего это был сам Петрашевский, который окончил лицей на два года раньше Данилевского, однокурсник Николая Яковлевича — Спешнев, а также Беклемишев, Салтыков-Щедрин, Плещеев, Достоевский и другие.
Николай Яковлевич не находил в своей деятельности ничего предосудительного. В конце мая 1849 года вместе со своим другом Семёновым (Тян-Шанским), поехали через Рязанскую и Тульскую губернии. В это время произошёл значительный успех в научной работе Данилевского: в ходе экспедиции было собрано много материала для первого отчёта Вольному экономическому обществу.
По пути в Тульскую губернию учёные встретили жандармского полковника, который объявил Данилевскому об аресте. Все материалы о проделанной работе и даже черновик Николая Яковлевича были конфискованы и безвозвратно утрачены. Данилевского немедленно доставили в Петропавловскую крепость.
На допросах Данилевский держался с достоинством. Его подозревали в организации тайного общества и крестьянского восстания, но он каждый раз доказывал, что в его деятельности не содержится ничего противогосударственного. Основное обвинение, предъявленное Данилевскому, касалось пропаганды учений Фурье.
На допросе Николай Яковлевич представил записку, в которой он изложил подробную справку об учениях Фурье. Она очень логично, точно и стройно передавала не только суть, но и все нюансы учения, а также специфику терминологии, доказывая что учение носит исключительно «мирный характер».
Данилевский неоднократно обращал внимание следователей на тот факт, что кружок Петрашевского это всего лишь салон для интеллектуалов, а не организация заговорщиков. На самом деле они время от времени обменивались идеями по социальным вопросам и научным проблемам.
10 ноября 1849 года в результате убедительной самозащиты Данилевского, он был освобождён из Петропавловской крепости и выслан на службу в Вологду под строгий надзор.
Из 123 арестованных петрашевцев было освобождено или отдано под надзор 32 человека. В делах остальных участников движения военный суд нашёл, «пагубные учения, породившие смуту». Все подсудимые были приговорены к расстрелу, но принимая во внимание смягчающие обстоятельства, в том числе и раскаяния подсудимых, суд ходатайствовал об уменьшении наказания.
Достоевский вспоминает, что петрашевцам пришлось выдержать «десять безмерно ужасно страшных минут ожидания смерти». Их вывезли из Петропавловской крепости на Семëновский плац, где прочли конфирмацию смертного приговора. Затем осужденных привязали к столбу и завязали глаза, офицер скомандовал солдатам целиться. Никто из петрашевцев и не догадывался, что это лишь церемония, все прощались с жизнью. Прозвучала команда «отбой». Последователей Петрашевского отправили обратно в крепость.
