Mordu dokonano na podstawie wyroku sądu wojskowego, który zapadł 15 marca 1948 r.

Witolda Pileckiego zatrzymano 8 maja 1947 r., a od 6 do 22 maja 1947 r. uwięziono 23 osoby, z których tylko siedem zostało uznanych za niewinne i zwolniono. Od 9 maja Pilecki znajdował się w X Pawilonie więzienia mokotowskiego w całkowitej izolacji. Śledztwo przeciwko niemu nadzorował płk R. Romkowski i na protokołach przesłuchań znajdują się dopiski i polecenia pisane jego ręką (dokumenty ze śledztwa są zgromadzone w Archiwum Głównej Komisji Badania Zbrodni przeciw Narodowi Pilskiemu, Instytucie Pamięci Narodowej).

Przesłuchiwany był przez: por. S. Łyszkowskiego, por. Krawczyńskiego, ppor. J. Kroszela, por. T. Słowianka, ppor. E. Chimczaka i por. S. Alaborskiego, którzy słynęli z okrucieństwa. Koszmar przesłuchiwania trwał pół roku. 4 listopada 1947 r. w obecności oficera śledczego MBP por. M. Krawczyńskiego i prokuratora Naczelnej Prokuratury Wojska Polskiego mjr Rychlika, Witold Pilecki potwierdził złożone w śledztwie zeznania, składając podpis pod formułą o ich dobrowolności i bez represyjności.

Tymczasem rtm. Pilecki był torturowany! Potwierdzają ten fakt zeznania więźniów - współtowarzyszy i informacje księży Jana Stępnia i Antoniego Czajkowskiego, którzy w tym czasie też znajdowali się w więzieniu Rakowieckim. Jednak podpisanie spreparowanych materiałów śledczych zamykało śledztwo i można było odpocząć od tortur i udręki przesłuchań. Ponadto oczekiwanie na proces dawało nadzieję na możliwość odparcia wymuszonych zeznań i spreparowanych, absurdalnych zarzutów.

Zaraz po uwięzieniu Pileckiego, jego oświęcimscy przyjaciele zwrócili się do innego współwięźnia - premiera Józefa Cyrankiewicza z prośbą o interwencję. Zamiast odpowiedzi, Cyrankiewicz wystosował pismo do przewodniczącego składu sędziowskiego, w którym sugerował, by nie brano pod uwagę działalności „Tomasza Serafińskiego” w Auschwitz, lecz by rozprawiono się z nim jako „wrogiem ludu i Polski Ludowej”.

Proces Witolda Pileckiego i jego towarzyszy: Marii Szelągowskiej, Tadeusza Płużańskiego, Szymona Jamontta-Krzywickiego, Maksymiliana Kauckiego, Jerzego Nowakowskiego, Witolda Różyckiego i Makarego Sieradzkiego rozpoczął się 3 marca 1948 r. w siedzibie warszawskiego Rejonowego Sądu Wojewódzkiego przy ul. Nowowiejskiej. Na ten „jawny” proces wpuszczono za specjalnymi biletami część najbliższej rodziny oraz ludzi z resortu.

Sądowemu składowi przewodniczył mgr ppłk Jan Hryckowian, a członkami składu byli: sędzia wojskowy mgr kpt. Józef Badecki, ławnik kpt. Stefan Nowacki i protokolant por. Ryszard Czarkowski. Oskarżycielem „Witolda” był wiceprokurator Naczelnej Prokuratury Wojska Polskiego mjr Czesław Łapiński. Oskarżał go o posiadanie broni, którą Pilecki po upadku powstania - podobnie jak większość powstańców - ukrył w skrytce i nie używał. Kolejne oskarżenie dotyczyło przygotowywania zamachów zbrojnych na prominentów reżimu, ale częściowo je utajniono, gdyż opierało się na materiale pozostałym po nieudanej prowokacji. Ostatnim zarzutem było oskarżenie o posługiwanie się fałszywymi dokumentami wystawionymi na nazwisko Romana Jezierskiego. Podczas rozprawy prokurator nie dopuścił do przesłuchania świadków oskarżenia przebywających w większości w więzieniach oraz zrezygnował ze świadków obrony.

Rozstrzygnięcia zapadały poza salą sądową. Proces w swym założeniu miał dostarczyć materiału propagandowego na potwierdzenie tezy o szpiegowskiej działalności grupy „Witolda” i współpracy z Niemcami w czasie okupacji. Ponadto miał stać się środkiem sterroryzowania społeczeństwa w jego odruchach niepodległościowych. Dlatego oskarżyciel żądał dla oskarżonych kary śmierci. W ostatnim słowie oskarżeni odrzucili zarzut szpiegostwa i świadomego uczestnictwa w działalności tego typu, podkreślali natomiast postawę żołnierskiej służby w dobrej sprawie.

W. Pilecki, M. Szelągowska i T. Płużański zostali skazani na karę śmierci, M. Sieradzki na dożywocie, a pozostali na kilkanaście lat więzienia. W uzasadnieniu wyroków śmierci sąd wojskowy podał: „dopuścili się najcięższej zbrodni stanu i zdrady narodu, cechowało ich wyjątkowe napięcie złej woli, przejawiali nienawiść do Polski Ludowej i reform społecznych, zaprzedali się obcemu wywiadowi i wykazali szczególną gorliwość w akcji szpiegowskiej”. Można zauważyć, że to uzasadnienie potwierdza polityczny i propagandowy charakter procesu u wyroku.

Skarga rewizyjna jaką złożyli obrońcy oskarżonych przyczyniła się do zmiany kary śmierci Marii Szelągowskiej na dożywocie - tylko ze względu na jej płeć. Karę śmierci zamieniono na dożywocie także Tadeuszowi Płużańskiemu. Prośby o ułaskawienie skierowane do prezydenta Bolesław Bieruta przez obrońcę, przez przyjaciół oświęcimskich i przez Marię, żonę Pileckiego zostały odrzucone.

Dopiero we wrześniu 1990 r. Sąd Najwyższy uniewinnił rotmistrza i jego towarzyszy, ukazał niesprawiedliwy charakter wydanych wyroków, uwypuklił patriotyczną postawę skazanych w tym procesie. W lipcu 2006 r. Prezydent RP Lech Kaczyński w uznaniu zasług Witolda Pileckiego i jego oddania sprawom ojczyzny odznaczył go pośmiertnie Orderem Orła Białego.