После процесса над Зильбергом Котовского этапировали в Смоленский централ, куда он прибыл 26 марта 1910 года. Этому предшествовал ультиматум, выдвинутый Котовским, он требовал, чтобы его отправили куда угодно, только не в Николаевский централ, иначе он взбунтует тюрьму, и администрации мало не покажется. Надзиратели же стали с Котовским чрезвычайно вежливы, обращались только по имени-отчеству и просили только, чтобы тюрьму он бунтовал не в их дежурство. В личном деле узника было особо отмечено: «Постоянно стремящийся к побегу». На этот раз бежать Котовский даже не пытался. Из Смоленска в декабре 1910 года его, наконец, отправили в Сибирь по железной дороге. Остановились на небольшой станции за Иркутском. Оттуда – пеший этап до печально знаменитого Александровского централа. Его узники, которых было более четырех тысяч, днем работали на ткацких станках либо ремесленничали. Из Александровского централа Котовского в феврале 1911 года отправили в Горный Зерентуй Нерчинского уезда Забайкальской губернии, где добывали полиметаллические руды. В Горном Зерентуе Котовского определили на Казаковские золотые прииски. Здесь каторжане добывали золотоносную руду. Но Григорий Иванович всегда умел производить самое благоприятное впечатление на тюремную администрацию. То ли сказывалось природное обаяние, то ли с воли подельники сумели прислать некоторую сумму денег, то ли каторжане сумели закосить часть добытого золота. В мае 1912 года Котовского направили на строительство Амурской железной дороги и назначили бригадиром. Котовский трудился усердно, о побеге не помышлял и удостоился похвалы от начальства. Подобная кротость и временная законопослушность «Атамана Ада» была вполне объяснима. Дело в том, что 21 февраля 1913 года в Российской империи отмечали 300-летие правления дома Романовых. По поводу юбилея царствующей династии была объявлена широкая амнистия, и Котовский надеялся попасть под нее. Но его преступление было сочтено слишком тяжким, и амнистия нашего героя не коснулась. Об этом печальном известии он узнал еще 19 февраля. И уже 27 февраля бежал с каторги. Очевидно, к тому моменту он успел накопить все необходимое для побега (деньги, запас, продовольствие, подложные документы), но ждал возможной амнистии. В своей советской автобиографии для солидности Котовский написал, что «при побеге убил двух конвоиров, охранявших шахту». В действительности Григорий Иванович не был столь кровожаден. При побеге он никого не убивал, да и в шахте в тот момент не работал.
За убийство двух стражников ему грозила бы верная смертная казнь, а умирать Котовский совсем не хотел и до 1918 года кровь не проливал. Побег произошел гораздо проще. Котовский бросился в лес, окружавший дорогу, которую строили каторжники, воспользовавшись ротозейством конвоя (может быть, опять не бескорыстным). К тому же бригадир явно пользовался большей свободой передвижения, чем рядовой каторжанин. В полицейских документах это назвали «скрылся с работ». Вслед беглецу отправилась телеграмма, объявлявшая в розыск ссыльнокаторжного Григория Ивановича Котовского, из мещан города Балты Подольской губернии, высокого роста, русоволосого, с рыжеватыми усами. Кстати сказать, именно на каторге Котовский полысел и принял привычный нам по портретам облик. Замечу, что в других ориентировках он назывался черноволшосым.
В автобиографии, написанной в тюрьме 20 сентября 1916 года, после последнего ареста, Котовский честно признавался, что бежал со строительства Амурской железной дороги, а про Нерчинские рудники и убийство двух часовых ничего не упоминал. Полиции врать не имело смысла, она и так знала об обстоятельствах побега. А уж признаваться в несуществующем убийстве двух часовых в тот момент мог только человек, решивший любыми способами покончить с собой.
Котовскому пришлось 70 километров идти по заснеженной тайге до Благовещенска. Григорий Иванович изрядно замерз, хотя у не го была теплая одежда и запас продуктов (все это, равно как и деньги, смогли доставить на каторгу с воли). Оказался у него и подложный паспорт на имя мещанина Рудковского, который ему передали на явке в Благовещенске. С этим паспортом он работал некоторое время грузчиком на Волге, в Балашове на строительстве мельницы, а также кочегаром, чернорабочим, кучером, молотобойцем. Впоследствии Котовский утверждал, что уже тогда занимался революционной работой: «Работая на Волге грузчиком, чернорабочим на постройках и в помещичьих имениях, кочегаром на мельнице, помощником машиниста, кучером, разливальщиком и рабочим на пивоваренном заводе, молотобойцем, рабочим кирпичного завода, рабочим на постройке железной дороги – везде я будил ненависть к эксплуататорам, к тем, кто выжимает последние соки из рабочего и бедняка».
В Сызрани его арестовали, но он легко бежал из-под ареста. Для маскировки Григорий Иванович перекрасил волосы и усы, надел длинное пальто и большую шляпу с широкими полями.