«Диалог о двух главнейших системах мира» написан в виде ученого диспута между сторонником Аристотеля и Птолемея и последователем Коперника, каждый из которых стремится склонить на свою сторону образованного обывателя. Галилей предварил книгу заверениями, что он во всем поддерживает эдикт 1616 года, а поскольку о теориях рассказывают вымышленные персонажи, автор не выступает открыто в поддержку той или иной стороны. Тем не менее читателям было очевидно, что «Диалог» не оставляет камня на камне от аристотелевской картины мира. Сторонник Аристотеля выведен простоватым и наивным, и доводы его откровенно слабы, а противостоит ему умный и напористый последователь Коперника. Книга пользовалась шумным успехом, несмотря на то что ее публикация была встречена бурными протестами. Галилей написал ее не на латыни, а на разговорном итальянском, сделав ее доступной широкому кругу грамотных итальянцев, а не только ученым и церковникам. Противники Галилея – сторонники Птолемеевой астрономии – пришли в ярость от такого пренебрежительного обращения со своими научными воззрениями. Многие читатели сообразили, что Симпличио – сторонник Птолемеевой системы – это карикатура на Симпликия, комментатора Аристотеля, жившего в VI веке. А папа Урбан VIII решил, что Симпличио – это карикатура на него самого. И счел, что Галилей обманул его, ведь тот, обратившись за разрешением писать эту книгу, умолчал о том, что собирается нарушить эдикт 1616 года. Однако Галилей, возможно, и не подозревал, что что-то нарушает, поскольку никаких письменных предостережений не получал.

      К марту 1632 года церковь запретила издателю допечатывать тираж, а Галилея вызвали в Рим и потребовали оправданий. Галилей отказался ехать, сославшись на тяжелую болезнь, однако папа настаивал, пригрозив, что иначе прикажет доставить Галилея в кандалах. Спустя одиннадцать месяцев Галилей прибыл в Рим и предстал перед судом. Его вынудили отречься от коперниковской ереси и приговорили к пожизненному заключению. Однако вскоре пожизненное заключение заменили более мягким наказанием – домашним арестом в Сиене под надзором архиепископа Асканио Пикколомини, бывшего ученика Галилея. Пикколомини дозволил Галилею продолжать писать, более того, всячески уговаривал его не бросать работу. Там Галилей принялся за свой последний труд – «Математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки», – где подводил итоги своим достижениям в физике. Однако на следующий год в Риме узнали, какие благоприятные условия создал для Галилея Пикколомини, и приказали ученому перебраться в другой дом, на возвышенности под Флоренцией.