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».

Эти журналы, во-первых, укрепили позиции братьев в литературной среде. А во-вторых — именно на их страницах были опубликованы «Униженные и оскорбленные», «Записки из подполья», «Записки из Мертвого дома», «Скверный анекдот» и многие другие произведения Федора Михайловича. Михаил Достоевский вскоре скончался: он ушел из жизни в 1864 году.

В 1860-ых годах писатель начал ездить за границу, находя в новых местах и знакомых вдохновение для своих новых романов. В том числе, именно в тот период у Достоевского зародилась и начала реализовываться идея произведения «Игрок».

В 1865 году издание журнала «Эпоха», количество подписчиков которого неуклонно сокращалось, пришлось закрыть. Более того: даже после закрытия издания за писателем значилась внушительная сумма долгов. Чтобы как-то выпутаться из тяжелой финансовой ситуации, он заключил крайне невыгодный для себя договор о публикации собрания своих произведений с издателем Стеловским, а вскоре после этого начал писать свой самый известный роман «Преступление и наказание». Философский подход к социальным мотивам получил широкое признание среди читателей, и роман прославил Достоевского еще при жизни.

Следующей великой книгой Федора Михайловича стал «Идиот», опубликованный в 1868 году. Идея изобразить прекрасного человека, который пытается осчастливить других персонажей, но не может преодолеть враждебные силы и, в итоге страдает и сам, оказалась легкой для воплощения только на словах. В действительности Достоевский называл «Идиота» одной из самых сложных для написания книгой, хотя князь Мышкин и стал его самым любимым персонажем.

Закончив работу над этим романом, автор решил написать эпопею под названием «Атеизм» или «Житие великого грешника». Реализовать свою задумку ему не удалось, однако некоторые идеи, собранные для эпопеи, легли в основу последующих трех великих книг Достоевского: романа «Бесы», написанного в 1871–1872 годах, произведения «Подросток», завершенного в 1875 году, и романа «Братья Карамазовы», работу над которым Достоевский закончил в 1879–1880 годах.