然而，當時勢力強大的教會反對哥白尼的“日心說”。他們認為地球是宇宙的中心，太陽是圍繞地球轉動，而地球是不動的。因此教會在１６１６年給伽利略下了一道禁令，不準講授哥白尼的學說。伽利略為此煩惱不已。１６２３年，伽利略冒險開始他最有名的著作——《關于兩種世界體系之間的對話》的寫作。

　　同時他６次請求教皇烏爾班接見他。他小心翼翼地向教皇介紹哥白尼學說的書籍，教皇同意他把對“日心說”贊成和反對的論點一起寫出來，但不允許他得出地球是繞著太陽旋轉的結論。隨后的６年時間里，他完成了他的杰作。在書中他巧妙地闡明了自己支持哥白尼學說的證據，而反對哥白尼“日心說”的人的辯解卻愚蠢而無力。伽利略把哥白尼的學說當作“一種純數學假說來敘述”。

　　１６３２年，這本書得到了教會監察吏的許可后出版發行。但是，教會的權威人士很快就發現了伽利略仍在支持哥白尼的“日心說”，于是便一次又一次地把他押上宗教法庭。當時的伽利略已年近七旬，身患重病，體質虛弱。在宗教法庭上，他的精神和肉體受盡了折磨。１６３３年６月２２日，他被迫雙膝跪地發誓，哥白尼的理論純碎是一派胡言亂語。他要“放棄、詛咒、痛恨”過去的種種錯誤，并保證以后永不宣傳和談到它，違犯了甘愿受死。伽利略剛宣布完他的誓言，就大聲喊道：“不管怎么說，地球畢竟是在運動著的”。

　　這說明伽利略并沒有放棄自己所堅持的學說。伽利略被判處終身監禁，監外執行。但他沒有放棄科學，經過３年的頑強拚博，他又完成了一部巨著《關于力學和位置運動的兩種新科學的對話和數學證明》。在書中，他大膽敘述了物體的各種運動和動力學有關的一些問題，為近代實驗科學的發展，開辟了廣闊的道路。這部書被偷運到荷蘭出版時，伽利略已雙目失明。伽利略的晚年境遇極為凄涼，只有他的女兒在他身邊照料他。

　　１６３４年他的女兒先他而死，他更加孤獨和痛苦。１６４２年１月８日這位終身為科學真理而斗爭的偉大巨人含冤離開了人世。１９８３年，羅馬教會終于為伽利略冤案公開平反，為此在羅馬成立了一個由不同宗教信仰的著名科學家組成的委員會，它的宗旨是：“研究科學同宗教信仰的關系，伽利略案件的科學方面以及伽利略學說對現代科學的貢獻。”