Когда Пауэрс находился на расстоянии более двух тысяч километров от места пересечения им границы СССР, в районе города Свердловска, и летел на высоте 68 тысяч футов (то есть более 20 тысяч метров), он увидел оранжевую вспышку и его самолет начал падать. При этом его прижало к приборному щитку, и он не смог воспользоваться катапультирующим устройством. Тогда он поднял над головой фонарь кабины, отстегнул ремни и выбрался из самолета. Парашют открылся автоматически. Пауэрс приземлился, но был задержан четырьмя советскими гражданами. Все они были удостоены правительственных наград.
Пауэрсу было предъявлено обвинение по статье 2 Закона об уголовной ответственности за государственные преступления, то есть в шпионаже.
Судебный процесс открылся 17 августа 1960 года в Москве, в Колонном зале Дома союзов, и проходил три дня. Пауэрса судила Военная коллегия Верховного суда СССР. Почти 30 стран прислали своих корреспондентов для освещения процесса. На нем присутствовали видные представители государств и общественные деятели, юристы из Америки, Европы, Азии, члены дипломатического корпуса и военные атташе, туристы из США. В специальной ложе находились отец, мать, жена Пауэрса и сопровождавший их адвокат.
Обвинение поддерживал Генеральный прокурор СССР Роман Андреевич Руденко. Он блестяще, наступательно вел допрос подсудимого и свидетелей, был требователен и корректен.
После окончания судебного следствия и исследования всех доказательств, Руденко произнес большую обвинительную речь. Она была исключительно аргументированной, взвешенной и обстоятельной. Ни одно доказательство не выпало из поля зрения прокурора. Он начал ее с политической оценки происшедшего события, сказав, что «разбойничий агрессивный рейд подсудимого» явился «политикой балансирования на грани войны» руководящих кругов США, торпедировавшее «совещание в верхах», которое тогда усиленно готовилось. Изложив затем обстоятельства дела, проанализировав показания, данные Пауэрсом, Руденко детально исследовал вещественные доказательства, имевшиеся в деле. Затем перешел к обоснованию того, что полет Пауэрса являл собой акт агрессии против Советского Союза. Заканчивая речь, он дал юридическую оценку преступления: «Поддерживая в полном объеме государственное обвинение по делу Пауэрса, в соответствии со статьей 2 Закона Союза ССР «Об уголовной ответственности за государственные преступления», я имею все основания просить суд применить в отношении подсудимого Пауэрса исключительную меру наказания. Но учитывая чистосердечное раскаяние подсудимого Пауэрса перед советским судом в совершенном преступлении, я не настаиваю на применение к нему смертной казни и прошу суд приговорить подсудимого Пауэрса к 15 годам лишения свободы».
По оценкам западных юристов, Руденко был очень справедлив по отношению к Пауэрсу. «Я не думаю, что если бы Пауэрса судили в США, то к нему относились бы так вежливо и внимательно», — сказал американский юрист В. Холлинен. Английский же юрист Л. Дейчес заметил, что ему было «приятно отметить вежливую, сдержанную манеру допроса обвиняемого Генеральным прокурором. Его допрос не оскорблял и не задевал Пауэрса. Именно такой стиль допроса обвиняемого прокурором любят в Англии».
19 августа 1960 года Военная коллегия Верховного суда СССР приговорила Пауэрса к 10 годам лишения свободы с отбыванием первых трех лет в тюрьме.
Спустя два года, в 1962 году, по решению Советского правительства Пауэрс был обменен на задержанного в США советского разведчика Р. И. Абеля.
Материалы следствия и судебного процесса над летчиком-шпионом, а также вся история с этой «подрывной» акцией, разработанной под руководством небезызвестного «антисоветчика», директора ЦРУ США А. Даллеса, легли в основу двухсерийного художественного фильма, снятого в 1985 году режиссером-постановщиком народным артистом СССР Т. Левчуком по сценарию Б. Антонова и И. Менджерицкого. Но фильм «Государственный обвинитель» был посвящен все же Роману Андреевичу Руденко, роль которого блестяще исполнил киноактер С. Яковлев. Фильм достаточно достоверно и убедительно воспроизвел обстановку тех лет, когда происходил знаменитый судебный процесс, роль Генерального прокурора СССР в расследовании, а затем и судебном рассмотрении уголовного дела, показав зрителям не только умудренного опытом, высокопрофессионального государственного деятеля, но и просто обаятельного человека. В фильме, который консультировали первый заместитель Генерального прокурора И. А. Баженов и другие высококлассные специалисты, снимались актеры: народный артист Украины С. Алексеенко (роль следователя по особо важным делам Кузьмина), Р. Сабулис (роль Пауэрса), народная артистка СССР Э. Радзиня, народный артист РСФСР Н. Засухин, заслуженный артист РСФСР Н. Лебедев и другие.