Efter folkmordet och hutu-regimens nederlag i inbördeskriget flydde han i juli 1994 till Zaire där han höll sig gömd fram till 1997 då han greps. Samma år ställdes han inför rätta inför Internationella Rwandatribunalen; rättegången började först 2002. År 2008 dömdes han för anstiftan till folkmord, brott mot mänskligheten samt brott mot krigets lagar till livstids fängelse. En av dem som vittnade mot honom i rättegången var Roméo Dallaire, som var befälhavare för UNAMIR, FN:s fredsbevarande operation i Rwanda under bland annat tiden för folkmordet. Domen överklagades och straffet mildrades 2011 till 35 års fängelse. Under hela rättegången har Bagosora vidhållit att han är oskyldig.