Прокурор требовал квалифицировать их преступления по 249-й статье Уложения о наказаниях, карающей за антигосударственные деяния смертной казнью. Однако у подсудимых оказалась сильная защита. Возглавил группу адвокатов такой мэтр, как Л.А. Куперник, о котором на Юге России ходила пословица: «Где Бог отступился – там еще можно к Купернику пойти!» Главным помощником Куперник взял восходящую звезду киевской адвокатуры А.С. Гольденвейзера. Свой отпечаток на ход и итоги процесса наложила также личность председательствующего на суде генерала П.А. Кузьмина. В 1849 году выходец из дворянской старообрядческой семьи, тридцатилетний штабс-капитан Генерального штаба Кузьмин был арестован по доносу провокатора Антонелли и провел пять месяцев в Алексеевском равелине Петропавловской крепости (вместе с М.В. Петрашевским, Ф.М. Достоевским и др.), а затем судим по знаменитому «процессу петрашевцев». Тогда Кузьмин сумел виртуозно самооправдаться и вышел на свободу. Но брезгливость к провокаторам он, дослужившийся до звания генерал-лейтенанта, судя по всему, сохранил на всю жизнь.
Итак, защите, во главе с Куперником и Гольденвейзером, удалось расшатать обвинение и вывести подсудимых из-под 249-й статьи. В итоге: ни одного смертного приговора, трое оправданы. В.А. Караулова приговорили к четырем годам каторжных работ с последующей высылкой на поселение. Высшие власти остались крайне недовольны: министр внутренних дел граф Д.А. Толстой лично запросил киевского генерал-губернатора А.Р. Дрентельна о причинах столь мягкого приговора. Тот ответил, что «каторжные работы, хотя бы и на четыре года, он не может считать мягким наказанием». Тем не менее генерала П.А. Кузьмина отстранили от должности председателя Киевского военно-полевого суда.
Осужденных по «процессу 12-ти» отправили сначала в Трубецкой бастион Петропавловской крепости, а в конце декабря 1884 года перевели в Шлиссельбургскую тюрьму на Ореховом острове у истока Невы из Ладожского озера (она получила недоброе имя «сухой гильотины»). Летом 1884 года здесь, рядом со «старым корпусом» («Секретным домом», который заложил еще Петр III), была, под личным контролем императора Александра III, открыта «новая тюрьма», построенная «по американскому образцу»: сорок камер-одиночек 3,5 на 2,5 метра.
О шлиссельбургском заточении Караулова рассказал общавшийся с ним в тюрьме Н.А. Морозов, впоследствии выдающийся ученый. После того как несколько человек предприняли попытки самоубийства и режим был несколько смягчен, арестантам разрешили парные прогулки. В пару Морозову давали сошедших с ума заключенных: сначала Н.П. Щедрина, а потом В.П. Конашевича. «Кто не испытал этого сам, тот никогда не будет в состоянии понять, что значит жить в полном одиночестве в мрачной камере, как в могильном склепе, и день и ночь, целые годы, и в то же время думать, что приближается час, когда вы очутитесь вдвоем с сумасшедшим, который все время будет поверять вам свои галлюцинации, и вы ничем не будете в состоянии отвлечь его от них… Я чувствовал, что сам каждую минуту могу сойти с ума», – писал Морозов. Но неожиданно напарника снова сменили – им оказался Василий Караулов. «Мы начали перебирать знакомых, и я убедился, что он плохо говорит и путается в словах только потому, что отвык от разговоров… Караулов был для меня вестником лучших дней в неволе, а прогулки сделались настоящим праздником!.. И кто знает, сохранился бы мой рассудок, если бы он не явился ко мне на помощь как раз в то время, когда я в этом более всего нуждался… В полтора с лишком года наших ежедневных свиданий мы, конечно, истощили все предметы личных разговоров и поневоле начали уходить в область науки и говорить о великих проблемах физики и астрономии, которые тогда волновали не только меня, но и его».
Известная революционерка Вера Фигнер, знавшая Василия Андреевича еще до его ареста, впоследствии также узница Шлиссельбурга, вспоминала: «Это был, как говорится, ражий детина, громадного роста, широкоплечий, жизнерадостный, с лицом – кровь с молоком… Этот брызжущий здоровьем атлет вышел из Шлиссельбурга с лицом покойника». В 1888 году Караулова отправили на поселение в село Усть-Уду на реке Ангаре (Балаганский округ), позднее разрешили перебраться в село Устюг, поближе к Красноярску. А в 1893-м, по распоряжению генерал-губернатора Восточной Сибири, Караулов был переведен в сам Красноярск.