汉武帝听了，认为司马迁这样为李陵辩护，是有意贬低李广利（李广利是汉武帝宠妃的哥哥），勃然大怒，说：“你这样替投降敌人的人强辩，不是存心反对朝廷吗？”他就把司马迁下了监狱，交给廷尉审问。司马迁被关进监狱以后，案子落到了当时名声很臭的酷吏杜周手中，杜周严刑审讯司马迁，司马迁忍受了各种肉体和精神上的残酷折磨。面对酷吏，他始终不屈服，也不认罪。司马迁在狱中反复不停地问自己“这是我的罪吗?这是我的罪吗?我一个做臣子的，就不能发表点意见？”不久，有传闻说李陵曾带匈奴兵攻打汉朝。汉武帝信以为真，便草率地处死了李陵的母亲、妻子和儿子。司马迁也因此事被判了死刑。第二年汉武帝杀了李陵全家，处司马迁以宫刑。腐刑是个大辱，污及先人，见笑亲友。司马迁在狱中，又备受-，“交手足，受木索，暴肌肤，受榜棰，幽于圜墙之中，当此之时，见狱吏则头抢地，视徒隶则心惕息。”（司马迁《报任安书》）几乎断送了性命。他本想一死，但想到自己多年搜集资料，说：“人固有一死，或重于泰山，或轻于鸿毛。”。要写部有关历史书的夙愿，因此为了完成《史记》的写作，忍辱负重，希望出现一线转机。
太始元年（前96年）汉武帝改元大赦天下。这时司马迁五十岁，出狱后当了中书令，在别人看来，也许是“尊宠任职”，但是，他还是专心致志写他的书。直到征和二年（前91年）全书完成，共得130篇，52万余言。
后世对司马迁的评价极高，有“西汉文章两司马，南阳经济一卧龙”的说法，齐名于西汉的大文豪家司马相如、三国时期最璀璨的人物诸葛亮。
作为星象家的司马迁：在两汉时期的星象家中，首先要提出司马迁。大家都知道司马迁是一个伟大的史学家，而不知他也是一位对天文星象精到造诣的专家。其实只要仔细读其《史记》的《天官书》《律书》《历书》就可明白称他为天文星家专家决非虚誉。象司马迁这样博大精深的文学大师，绝对不会自划范围，限制自己的知识体系和探索领域。古代的史宫本来以星历之事为其本职之一，故精通星象之学也不足为奇。不过司马迁能用史学家的高赡远瞩的眼光，把星象学与历史问题结合起来以究天人之际通古今之变，这可是其他星象家和史学家皆望尘莫及的向明之处。司马迁并末用星象学去占测具体的人事变异，而是用来总结历史规律，这不能不说是他对星系学的创造性应用。
