В декабре 1880 года Морозов посетил Лондон, где при посредничестве Льва Гартмана дважды встречался с Карлом Марксом. Далее Софья Перовская срочно вызвала его в Петербург. Был арестован глава Исполкома — А. Михайлов. При попытке перехода границы, 23 января 1881 года, был арестован и Николай Морозов. Поскольку он не называл своего имени, 26 февраля его перевели в Варшаву, заподозрив в принадлежности к местной революционной организации. После убийства Александра II Морозова перевели в петербургский Домзак, где 17 апреля он был опознан. На очной ставке вызванный П. А. Щепочкин сына не признал, чем Морозов, по собственным воспоминаниям, «был очень растроган». Окончательно его раскрыла квартирная хозяйка Фролова. На допросе 24 апреля Морозов дал единственное показание, полностью соответствующее уставу: