Den 15. januar 1953 ble Dertinger arrestert. Etter en skueprosess ble han av DDRs høyesterett dømt til 15 års tukthus for «spionasje og konspirasjon.» Allerede i 1952 var hans personlige sekretær Gerold Rummler, blitt beordret av Stasi til å samle belastende informasjon om utenriksministeren. Rummler flyktet derfor til Vest-Berlin. Etter skueprosessen ble Dertinger holdt fengslet i Bautzen i 11 år frem til 1964.