במרץ 1957 יצא קידר מטעם היחידה לבואנוס איירס, כהכנה לפעולת חבלה אסטרטגית במצרים. בסוף נובמבר נמצאה גופתו של קלמן קליין, יהודי מקומי שהיה איש הקשר של קידר בארגנטינה, כשהיא מנוקבת בדקירות סכין בכל חלקי גופו. רופא משטרתי שבדק את הגופה קבע כי הוא נרצח בערב הקודם. הגופה נמצאה בחדר שקליין שכר בסודיות. בעוזבו את ביתו היה בידי קליין סכום של 15,000 דולרים, והכסף נעלם. התברר כי קליין יצא לפגישה עם קידר ובידו הכסף, לאחר שקידר זימן אותו באמתלה כי עליו לקבל את הסכום במקום סודי, משום שהוא עומד להיפגש עם גנרל ערבי ולשלם לו סכום זה, אך הכסף טרם הגיע מישראל. קידר עצמו נעלם, ורק לאחר מספר ימים התקשר לממונים עליו בישראל, ובפיו סיפור כי ברח ממקום שהותו לאור חשדו שהמשטרה עומדת לעצור אותו באשמת שווא כי הוא מעורב בקשר נגד המשטר. הממונים על קידר החליטו להעמיד פנים כי הם מאמינים לגרסתו, על מנת שיתפתה לחזור לישראל.
המעצר והמשפט.
ב-28 בנובמבר 1957 נחת קידר בנמל התעופה לוד ונעצר מיד כאשר ברשותו רוב הכסף שנשדד. המעצר היה בהוראתו של איסר הראל, ששימש אז כראש המוסד והשב"כ (הוא כונה בתפקיד כפול זה בשם "הממונה על שירותי הביטחון"). הראל לא היה מודע לשליחותו של קידר, שהייתה באחריות אמ"ן, אך הוכנס לסוד העניין מיד כשהתגלו דבר הרצח של קליין והיעלמותו של קידר. קידר הוחזק בבית אריזה בפרדס במקום לא ידוע במשך שלושה שבועות. ב-16 בדצמבר הועבר לכלא רמלה, שם הוחזק בתא בודד כשהוא נתון במעצר מנהלי ל-180 יום בהתאם לצו שיפוטי. כתב האישום בגין הרצח בארגנטינה הוגש נגדו לפני תום 180 הימים.
עד מאי 1958 לא ידע איש ממשפחתו של קידר על מעצרו. ידידה שלו נזדמנה לכלא כדי לבקר אסיר אחר, וקידר צעק לעומתה כי תתקשר לד"ר רודי ותמסור לו כי מוט'לה נמצא בכלא. כשנודע דבר המעצר לד"ר רודי, הוא פנה לעורך דין על מנת שייצג את קידר. העניין דלף וגם חותנו של קידר, מיכה ורדימון, שהיה מפעיליו המרכזיים של הקיבוץ הארצי, החל לפעול לחשיפת הפרשה.
משפטו של מרדכי קידר החל בפברואר 1959, ונערך מטעמי חשאיות בבית אריזה נטוש בפרדס ליד רמלה. המשפט התנהל לפי כל סדרי הדין ודיני הראיות המקובלים, כשקידר זוכה בו להגנתו של אחד מעורכי הדין הנודעים במדינה, יצחק טוניק (לימים מבקר המדינה) ושמואל תמיר (לימים שר המשפטים). המשפט התנהל עד חודש יוני 1962. בית הדין הצבאי הרשיע את קידר בשוד וברצח, ודן אותו ל-20 שנות מאסר.
בתקופה שלפני העמדתו של קידר לדין פנה איסר הראל למשטרת ישראל בבקשה שתחקור שוב את שוד הבנק ואת רצח נהג המונית. המשטרה החלה בחקירה, ובידיה היו כבר די ראיות כדי להעמיד את קידר לדין על שני המעשים, כולל הודאותיהם של שני שותפיו לשוד בעפולה שקיבלו מעמד של "עדי מלך", אך לאחר הרשעתו בבית הדין הצבאי החליט היועץ המשפטי לממשלה גדעון האוזנר שלא להמשיך בהליכים.
ב-12 במאי 1959 פורסם לראשונה, בעיתון "ידיעות אחרונות", על דבר מעצרו של קידר בחשד לביצוע השוד בעפולה. למחרת נמסרה הודעה רשמית לעיתונות שהוא חשוד ברצח ליפסקר בחדרה ושוד הבנק בעפולה, ושהוא הוסגר מאירופה. עם זאת העיתון "מעריב" חשף שהיה כבר במעצר שנה, שהוא פעל בשירות המדינה מחוץ לישראל ושהוא חזר לישראל מרצונו. ב-20 במאי פרסם השבועון "העולם הזה" כתבת שער על קידר, בה חשף פרטים נוספים על עברו, העובדה שקידר כבר הודה במשטרה על ביצוע השוד בעפולה כמה שנים קודם והעובדה שפעל בשליחות שירותי המודיעין של ישראל. בנוסף טען שעל העובדה שהיה במעצר כבר שנה הוטל איפול, במטרה לכפות על הכשלים בגיוס אדם בעל עבר פלילי ובעיות פסיכולוגיות לשירותי המודיעין. הפרטים התפרסמו למחרת גם בעיתונים נוספים, וחבר הכנסת ישראל רוקח העלה שאילתא לראש הממשלה בנושא. ב-24 במאי מסרה המשטרה הודעה לעיתונות שקידר הואשם ברצח ובשוד בעפולה, חברו שטמפפר מאושם יחד איתו בשוד ואדם שלישי משמש עד מדינה. על שאר פרטי המשפט נמסר שיהיה איפול. ב-25 במאי, בתשובה לשאלה, על סמך מה מוחזק קידר במשך שנה במעצר ללא פקודת־מעצר, מסר היועץ המשפטי של הממשלה חיים כהן בישיבת ועדת החוקה, חוק ומשפט של הכנסת, כי הוא נעצר לפי סעיף 111 של תקנות שעת חירום של המנדט משנת 1939, שעדיין היו בתוקף. באותה יום גם ערך עד המדינה יצחק סקרופה, שחזור של השוד בעפולה.
בתחילת יוני 1959 עוד פרסמו ידיעות על המשפט בעיתונות, אולם זמן קצר לאחר מכן הוצא צו איסור פרסום לגבי הנושא, והפרסומים פסקו. הצו נותר בעינו עד לשחרורו של קידר בשנת 1974. החסיון על מסמכי הפרשה תקף עד ימינו אלה.
האסיר איקס.
קידר נכלא בתא מבודד שנבנה במיוחד עבורו בכלא רמלה. כדי שלא לזהותו, הוא כונה "האסיר איקס", ועל השמירה עליו הופקד צוות מיוחד. קידר הוחזק בתא זה במשך שבע שנים (מאוחר יותר נוספו תאים נוספים לאגף שקיבל את הכינוי "אגף איקס" או "אגף האיקסים"). בעת מאסרו למד קידר שפות, השלים תואר בפילוסופיה, והפך לאחד מחסידיו של משה קרוי, אשר תורתו, על האלמנט של האגואיזם המוחלט שבה, שבתה את לבו. בשבתו בכלא, התגרש קידר מאשתו תמר ורדימון, אם בנו ארז.
איסר הראל הסביר בספרו "ביטחון ודמוקרטיה" את הסיבות למעצרו המנהלי של קידר בטרם משפטו, ומונה ביניהן את הסיבה כי קידר "עלול היה לפגוע פיזית בכל מי שעשוי היה לשמש בזמן מן הזמנים עד נגדו". סיבה זו היא, ככל הנראה, המניע העיקרי למעצרו המנהלי בטרם משפטו, ולבידודו לאחר שכבר הורשע בדין. ניתן לשער כי איסר הראל רמז גם לחשש מפגיעתו של קידר לא רק בעדים, אלא בכל מי שהיה קשור למעצרו ולהעמדתו לדין.
שחרורו.
ב-1 באפריל 1974 שוחרר קידר ממאסרו. לאחר שחררו התראיין לעיתונות, בין השאר לתוכנית "בירה ומצב רוח" של יעקב אגמון בקול ישראל. שנה לאחר שחרורו ניצל קידר מפגש של שר הביטחון שמעון פרס עם סטודנטים באוניברסיטת תל אביב, כדי להציג את טענותיו כי משפטו היה מבוים כביכול. במאי 1975 ביקש שבועון הסטודנטים "פי האתון" לפרסם ראיון עם קידר, אך 95% מהטקסט נפסלו על-ידי הצנזורה הצבאית, והעיתון פנה ללא הצלחה לבג"ץ. השבועון פרסם, כתחליף, סיפור בדיוני כביכול על "מישקה קידרון".
על הנסיבות שהביאו לשחרורו סיפר בנו ארז בריאיון לשבועון "העולם הזה" ב-1988, ולעיתון "חדשות. לטענתו הוא גילה שאביו בכלא רק שהיה בן 14, לאחר שסבו מיכה ורדימון סיפר לו על כך על ערש דווי. הוא ניגש לכלא רמלה וביקש לבקר את אביו, להפתעתו מנהל הכלא הסכים, מאז היו בקשר והוא החל לפעול למענו. הוא כתב מכתבים לגורמים שונים והסתייע בעיתונאים אלי לנדאו ואורי אבנרי. בנוסף טען שבעקבות פגישה מקרית בעת שהיה חייל מצטיין בסיירת השריון בקרבות התעלה במלחמת יום הכיפורים, לבין מפקד גייסות השריון אברהם אדן, הורה הרמטכ"ל דוד אלעזר לשחרר את מרדכי קידר. צבי ענבר, לעומת זאת, סיפר שכבר ב-29 באוגוסט 1973 עלה שמו של קידר לדיון בוועדת שחרורים, שהתכנסה, בהתאם להוראות סעיף 509 לחוק השיפוט הצבאי תשט"ו-1955, כנוסחו דאז, מדי חצי שנה, וזו החליטה לשחררו. ההחלטה של ועדת השחרורים, שהתכנסה לראשונה בראשות צבי ענבר, בה היו שותפים אל"ם במילואים אשר טורפז ואל"ם במילואים מרדכי פעיל, הייתה בניגוד להחלטות של ועדות השחרורים הקודמות שדנו בעניינו של קידר. ב-25 בינואר 1974 הודיעה הוועדה לקידר על החלטתה, וב-26 בינואר הועברה ההחלטה לרמטכ"ל דוד אלעזר, שאמר שעל אף התנגדות של גורמים שונים, אין בדעתו להתערב בשיקול דעתה של הוועדה.
שישה חודשים לאחר שהשתחרר מהכלא קידר הכיר את תמר אפלבאום-דנציגר, בתו של הפסל יצחק דנציגר, אלמנה ואם לבן ובת, והם נישאו. והוא פתח עסק לתיקון ושיפוץ מכוניות עתיקות יחד עם בנו ארז. בהזמנת משה קרוי נסעו קידר ותמר דנציגר לאוסטרליה, דרכו התוודו לכתבי ל. רון האברד וכת הסיינטולוגיה. אחר כך עזבו ועברו לטקסס בארצות הברית, שם שוב פתח עסק לשיפוץ מכוניות עתיקות. בשנת 1984 נפרד מתמר אפלבאום-דנציגר והיא חזרה עם ילדיה לישראל, קידר עבר לגור בלוס אנג'לס. בנו ארז התחתן ועבר לגור בלונדון, שם פתח חנות ועסק במסחר. אחר כך הזמין את אביו החורג, חיים אשכנזי (בעלה השני של אמו), להצטרף אליו ולעבוד יחד איתו. חיים נענה, ומאוחר יותר הצטרפו אליו גם אמו ושני אחיו למחצה. אמו ובעלה נספו בשרפה בשנת 1985 בבית כלתם, שנפרדה בינתיים מארז. הבית הוצת ובני הזוג נהרגו, ארז עצמו לא היה בבית באותו יום. התברר שהמעשה היה על רקע פלילי והדבר עורר את חשד המשטרה. אחר כך נעצר ארז בחשד לסחר בקוקאין. לאחר שישב במעצר תשעה חודשים הוא זוכה במאי 1988. בהמשך שינה ארז את שם משפחתו ל"בן חורין" והתגורר בלוס אנג'לס. ארז נפטר ונקבר בישראל ב-2009.
דרישתו למשפט חוזר.
בשנת 1995 החליט מרדכי קידר לבקש משפט חוזר, כדי להוכיח, לדבריו, את חפותו. לאחר שקידר פנה לרשויות השיפוט של צה"ל בבקשה לעיין בתיק המשפט שלו משנת 1957, התברר, בראשית שנת 1996, כי לא ניתן למצוא את התיק. קידר, שטען כי נפל קרבן למאבקי כוח בין הזרועות השונות של קהילת המודיעין, ראה באובדן התיק הוכחה לטענותיו.
בשנת 1999 הגיש קידר בקשה לבית הדין הצבאי לערעורים לקיום משפט חוזר בעניינו. תוך כדי כך הופיעה ב-10 בדצמבר 1999 במוסף השבועי של העיתון "הארץ", כתבה מפורטת מפרי עטו של אביחי בקר באשר לשוד הבנק בעפולה. הכתבה התבססה על גילויים ווידויים מפי חלק משותפיו של קידר למעשה זה.