Контрразведка японцев регулярно перехватывала донесения советских резидентов, начиная с 1937 года, но расшифровать их удалось много позже. Только после того, как на первом же допросе радист Макс Клаузен выдал всё, что он знал о кодах шифрования, японцы смогли прочитать всю подборку перехваченных шифрограмм за несколько лет.
В январе 1942 года прошла вторая волна арестов по этому делу, на основании показаний подследственных, арестованных в октябре 1941 года. Всего по делу группы Зорге было арестовано 35 человек, привлечено к суду — 17. Дознание длилось до мая 1942 года.
Следствие по делу вели сначала чиновники японской тайной полиции, а затем — прокуратуры. 16 мая 1942 года официальные обвинения были предъявлены первым семи разведчикам: Зорге, Одзаки, Максу Клаузену, Вукеличу, Мияги, Сайондзи и Инукаи. Остальным обвинения были предъявлены позднее.
Прежде чем начались судебные заседания, Зорге и остальные обвиняемые в течение полугода подвергались повторным допросам — теперь уже со стороны судей. Допросы Рихарда Зорге закончились 15 декабря 1942 года. Суд приговорил советского резидента к казни через повешение.
По неточным данным немецкие официальные лица после ареста Рихарда Зорге долго ставили под сомнение его вину. После предоставления неопровержимых доказательств Гитлер лично потребовал от японских властей выдачи предателя, но безуспешно.
Показания Зорге о работе его разветвлённой разведывательной сети на Коминтерн сыграли существенную роль в разыгранной японскими спецслужбами операции по компрометации японских коммунистов и разгрому коммунистической партии страны восходящего Солнца. На всех подконтрольных Японии территориях прошли аресты коммунистов.
После провала советской резидентуры разведка СССР не имела надёжного источника информации в Японии до 1954 года.