I 1983 ble Nilsens aktivitet oppdaget av en rørlegger. Menneskekjøttet Nilsen hadde spylt ned i toalettet hadde blokkert rørene. Da politiet kom, tilsto Nilsen alt. Da dommeren i den etterfølgende rettssaken spurte hvorfor han gjorde det svarte Nilsen: «Jeg hadde håpet du kunnet fortelle meg det.» Nilsen ble i november 1983 dømt til en straff på minimum 25 år, og ville da komme til å bli løslatt i 2008. Men dommen ble senere omgjort til livsvarig fengsel. I 2006 fikk han avslag på prøveløslatelse og kunne ikke søke igjen. Han ble sittende bak murene resten av sitt liv.