После выхода "Звездного вестника" с посвящением новому Тосканскому герцогу Козимо II Медичи Галилей принимает приглашение герцога вернуться во Флоренцию, где становится придворным "философом" и "первым математиком" университета, без обязательства читать лекции. К тому времени слава о работах Галилея прокатилась по всей Италии, вызывая восхищение одних и яростную ненависть других. Правда, какое-то время враждебные чувства не проявлялись. Более того, когда в 1611 Галилей приехал в Рим, ему был оказан восторженный прием "первыми лицами" города и церкви. Он еще не знал, что за ним учреждена секретная слежка.
К 1612 наступление противников Галилея усилилось. В 1613 его ученик аббат Кастелли, профессор Пизанского университета, сообщает ему, что поднят вопрос о несовместимости открытий Галилея со Священным Писанием, причем в числе обвинителей активно выступает и мать герцога Тосканского.
В ответном письме Кастелли, явившемся по сути программным документом, Галилей дал глубокий и развернутый ответ на все обвинения, предприняв попытку четко разграничить сферы науки и церкви. Почти два года церковь молчала, возможно, не имея о письме точных сведений, хотя о нем уже было известно в Пизе, Риме и Флоренции. Когда же копия письма (к тому же с намеренными искажениями) была направлена в инквизицию, то узнавший об этом Галилей в начале февраля 1616 едет в Рим в надежде отстоять свое учение.
Первый процесс
Обстоятельства и на этот раз благоприятствовали Галилею. Незадолго до его приезда в Рим появилось сочинение одного священника, в котором высказывалась мысль, что учение Коперника не противоречит религии. Рекомендательные письма герцога Тосканского убедили инквизицию, что обвинения Галилея в ереси безосновательны. Галилею, однако, предстояло решить самую трудную задачу: легализовать свои научные взгляды, и он начал действовать. По воспоминаниям современников, Галилей обладал блестящим даром популяризатора и полемиста, и его многочисленные выступления имели несомненный успех. Но он переоценил силу научных доводов и недооценил силу власти защитников идеологических догм. В марте 1616 конгрегация иезуитов выпустила декрет, в котором объявила учение Коперника еретическим, а его книги запрещенными. Имя Галилея в декрете не было названо, но частным образом ему было приказано принести покаяние церкви и отказаться от своих взглядов. Галилей формально подчинился приказу и вынужденно изменил тактику. В течение многих лет он не выступал с открытой пропагандой учения Коперника. За этот период Галилей выпустил единственное большое сочинение - полемический трактат "Пробирные весы" (1623) по поводу трех комет, появившихся в 1618. По форме, остроумию и изысканности стиля это - одно из лучших произведений Галилея.
Хотя открытая защита системы Коперника и была под запретом, не возбранялась форма диалога-диспута. В 1630 Галилей едет в Рим с готовой рукописью "Диалога о приливах и отливах", где в форме разговора трех собеседников дано представление о двух главных системах мира - Птоломея и Коперника. После двух лет борьбы с цензурой Галилей получает разрешение на публикацию книги. Она выходит в августе 1632 во Флоренции под названием "Диалог о двух системах мира - птоломеевой и коперниковой".
Второй процесс
Выход книги, весть о которой быстро облетела Европу, вызвал незамедлительную реакцию инквизиции. 23 ноября 1632 Галилею предписано явиться в Рим. Несмотря на преклонный возраст и болезнь, его просьба об отсрочке остается без внимания. В феврале 1633 Галилея на носилках доставляют в Рим. До 12 апреля он живет в доме тосканского посланника, а затем его водворяют в тюрьму инквизиции. Допросы, требования отречения, угрозы пыток и возможно самое ужасное - уничтожение всех его трудов. Попытки Галилея оправдаться, что "Диалоги" - всего лишь дискуссия, на этот раз безуспешны. Они лишь усиливают раздражение судей. 22 июня Галилея привозят в доминиканский монастырь св. Минервы, заставляют подписать отречение и на коленях принести публичное покаяние.
Последние годы
После процесса Галилей объявлен "узником святой инквизиции", и местом его жительства определен сначала герцогский дворец в Риме, а затем вилла Арчетри под Флоренцией. Вплоть до 1637, когда он потерял зрение, Галилей продолжал напряженно работать и завершил подготовку книги "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению", в которой подведен итог всем его достижениям в области механики. В этой книге, в отличие от "Диалогов", изложение построено так, будто полемика со сторонниками Аристотеля утратила актуальность, и необходимо утверждать новые научные взгляды.
В книге ведется рассказ о четырех "Днях". Начало первого из них посвящено вопросу о скорости света; далее обсуждается движение по инерции и особенности колебаний маятников, что приводит Галилея к замечательным идеям относительно распространения волн вообще и акустических волн в частности. "Второй день" посвящен твердости и разрушению материалов. Последующие два "Дня" - вопросам динамики, в том числе движению тел по наклонной плоскости.
Благодаря помощи друзей, его последняя книга была напечатана еще при жизни Галилея, что доставило ему огромную радость.
Галилей умер 8 января 1642 на вилле Арчетри. В 1732, согласно последней воле Галилея, его прах был перенесен во Флоренцию в церковь Санта-Кроче, где он погребен рядом с Микеланджело.