Han måtte flykte til England i 1612 sammen med sin genovesiske ledsager Bonaventure Genocchi. De gav seg tilkjenne for den anglikanske erkebiskop uten å gå i detaljer om sine oppfatninger, og bodde i hans residens i Lambeth i London, og i juli 1612 avsverget de katolisismen og gikk over til anglikanismen. Men i 1613 fikk Vanini sine tvil, og appellerte til paven om å bli tatt imot igjen i den katolske fold, men som sekularprest istedenfor ordensmann. Dette ble innvilget av paven personlig. Tidlig i 1614 besøkte Vanini universitetene i Cambridge og Oxford og betrodde til noen bekjentskaper at han snart skulle flykte fra England. Erkebiskopen fikk vite om det hele, og på hans ordre ble de to arrestert, og satt fengslet i London for 49 dager. De klarte så å flykte og komme seg ut av landet.