На обвинения в заговоре он отвечал, что не замышлял свергать верховную власть, но лишь предвидел её свержение благодаря имеющемуся у него пророческому дару, связанному с умением различать и толковать природные знамения. Понимая, что ему грозит смертная казнь, Томмазо Кампанелла начиная с апреля 1600 г. симулировал безумие: в течение нескольких месяцев он лежал на полу и бормотал бессвязные слова, чтобы убедить в подлинности психического заболевания наблюдавших за ним следователей. Для проверки было решено подвергнуть Томмазо Кампанеллу жестоким пыткам, которые длились непрерывно 36 часов. Так и не признав своей вины в государственной измене, Томмазо Кампанелла избежал казни и был приговорён к пожизненному заключению. За время пребывания в тюрьмах Томмазо Кампанелла создал ряд наиболее значительных сочинений: «Город Солнца» («La cittá del Sole», 1602 г.; латинский перевод был опубликован в 1623 г., итальянский оригинал был опубликован только в 1904 г.), «Апология Галилея-математика» («Apologia pro Galilaeo mathematico», 1616 г.; опубликован в 1622 г.), «О смысле вещей и о магии» («Del senso delle cose e della magia», 1604 г.), «Побеждённый атеизм» («Ateismo trionfato», 1606–1607 гг.); множество других трактатов по религиозной философии, теологии, политике, военному делу, астрономии, астрологии, медицине, экономике, а также многочисленные поэтические произведения: мадригалы, сонеты, канцоны, метафизические гимны и любовные поэмы, которые составили сборник «Избранная философская поэзия» («Scelta di alcune poesie filosofiche», 1622 г.). Благодаря другу и ученику Томмазо Кампанеллы немецкому лютеранину Товию Адами (1581–1643 гг.) начиная с 1612 г. сочинения Томмазо Кампанелла становятся известными и публикуются в протестантской Германии; постепенно они также распространяются в Италии, во Франции, в Англии, Испании, Нидерландах. В 1610–1620 гг. Томмазо Кампанелла активно работал над монументальной «Теологией» («Theologia») в 30 книгах, которую завершил в 1624 г. Это сочинение не было опубликовано при жизни Томмазо Кампанелла и долго считалось утраченным, однако в XX в. было обнаружено два рукописных экземпляра, на основе которых начиная с 1940 гг. осуществляется научное издание сочинения (к настоящему времени неизданными остаются три книги). После 27 лет пребывания в тюрьмах Неаполя (все попытки побега были неудачными) 23 мая 1626 г. Томмазо Кампанелла был освобождён из тюрьмы и помещён в доминиканский монастырь, откуда по приказу инквизиции он был доставлен в Рим, в папскую тюрьму, с целью окончательного рассмотрения вопроса о признании его еретиком. Судьба Томмазо Кампанеллы могла быть весьма плачевной, если бы не благоприятное стечение обстоятельств: папа Урбан VIII (1623–1644 гг.), напуганный предсказаниями астрологов о грозящей ему скорой смерти, обратился к Томмазо Кампанелле как к знатоку астрологии и магии, для того чтобы он составил гороскоп и отвёл от папы смерть, используя средства естественной магии, описанные Томмазо Кампанеллой в трактате «Как избежать фатума звёзд» («De siderali fato vitando»). Папа последовал рекомендациям Томмазо Кампанеллы и, посчитав, что смерть не наступила благодаря вмешательству Томмазо Кампанелле, поверил в его тайные знания и особый дар астролога.