Тем не менее, феноменальная популярность, которую принесла Федору Михайловичу его первая публикация, позволила ему завести ряд интересных и полезных знакомств в литературных кругах Санкт-Петербурга. Многие его новые знакомые отчасти стали прототипами различных персонажей последующих произведений автора.
Судьбоносным для писателя стало знакомство с М. В. Петрашевским в 1846 году. Петрашевский устраивал так называемые «пятницы», во время которых обсуждалась отмена крепостного права, свобода книгопечатания, прогрессивные изменения в системе судопроизводства и другие вопросы подобного плана.
Во время встреч, так или иначе связанных с петрашевцами, Достоевский познакомился и с коммунистом Спешневым. Тот в 1848 году организовал тайное общество из 8 человек (включая его самого и Федора Михайловича), которое выступало за переворот в стране и за создание незаконной типографии. На встречах общества Достоевский неоднократно зачитывал «Письмо Белинского Гоголю», которое тогда было запрещено.
В том же 1848 году был опубликован роман Федора Михайловича «Белые ночи», но, увы, насладиться заслуженной славой ему не удалось. Те самые связи с радикально настроенной молодежью сыграли против писателя, и 23 апреля 1849 года его арестовали, как и многих других петрашевцев. Достоевский свою вину отрицал, но ему вспомнили и «преступное» письмо Белинского, 13 ноября 1849 года приговорив писателя к смертной казни. До этого он в течение восьми месяцев томился в заключении в Петропавловской крепости.
К счастью для русской литературы, жестокий приговор для Федора Михайловича исполнен не был. 19 ноября генерал-аудиториат счел его не соответствующим вине Достоевского, в связи с чем смертную казнь заменили на восьмилетнюю каторгу. А в конце того же месяца император Николай I еще больше смягчил наказание: писателя сослали на каторгу в Сибирь на четыре года вместо восьми. При этом он был лишен дворянского чина и состояния, а по окончании каторжных работ был произведен в рядовые солдаты.
Несмотря на все тяготы и лишения, которые предполагал подобный приговор, поступление в солдаты означало полное возвращение Достоевскому его гражданских прав. Это был первый подобный случай в России, поскольку обычно те люди, которых приговаривали к каторжным работам, до конца жизни теряли свои гражданские права, даже если выживали после многих лет заключения и возвращались к свободной жизни. Император Николай I пожалел молодого писателя и не захотел губить его талант.
Годы, которые Федор Михайлович провел на каторге, произвели на него неизгладимое впечатление. Писатель тяжело переживал бесконечные страдания и одиночество. Кроме того, у него ушло немало времени на то, чтобы наладить нормальное общение с другими арестантами: те долго не принимали его из-за дворянского титула.
В 1856 году новый император Александр II даровал прощение всем петрашевцам, а в 1857 году Достоевский был помилован, то есть получил полную амнистию и был восстановлен в правах на публикацию своих произведений. И если в молодости Федор Михайлович был не определившимся в своей судьбе человеком, пытающимся найти правду и построить систему жизненных принципов, то уже в конце 1850-ых годов он стал зрелой сформировавшейся личностью. Тяжелые годы на каторге сделали из него глубоко религиозного человека, коим он оставался до самой смерти.
В 1860 году писатель опубликовал двухтомное собрание своих сочинений, в которое вошли повести «Село Степанчиково и его обитатели» и «Дядюшкин сон». С ними произошла примерно та же история, что и с «Двойником» — хотя впоследствии произведениям была дана очень высокая оценка, современникам они не пришлись по вкусу. Однако вернуть внимание читателей к повзрослевшему Достоевскому помогла публикация «Записок из Мертвого дома», посвященных жизни каторжников и написанных по большей части во время заключения.
Для многих жителей страны, которые не сталкивались с этим ужасом самостоятельно, произведение стало чуть ли не шоком. Многие люди были ошеломлены тем, о чем рассказывал автор, особенно с учетом того, что раньше тема каторги для русских писателей была чем-то вроде табу. После этого Герцен начал назвать Достоевского «русским Данте».
Примечательным для писателя стал и 1861 год. В этом году он, в сотрудничестве со своим старшим братом Михаилом, занялся издательством собственного литературно-политического журнала под названием «Время». В 1863 году издание было закрыто, и вместо него братья Достоевские начали печатать другой журнал — под названием «Эпоха».