1963年1月9日，中共最高法院对他秘密开庭审判。助理审判员彭树华在《潘汉年案审判亲历》一文中回忆：审判前就已经知道结果，因为时任最高法院院长谢觉哉说过，“这是中央交办的案子，我们只是办理法律手续”。也就是走一下法律程序的过场而已。
潘汉年的罪名有三个：内奸、特务、反革命。
彭树华说：“当时我们听说上面给潘汉年做了一些思想工作，告诉他只要认了罪、判了刑就放人。这也是为什么后来庭审时潘汉年都认了罪的原因。”
审判后一个月，潘获得假释，他带着“刑释管制分子”的身份，被转移到了位于北京南郊大兴县境内的团河劳改农场。
文革期间 被判无期徒刑
1966年5月16日，文化大革命爆发。当时的公安部长谢富治，按照中央文革小组副组长、毛泽东妻子江青的指令，将潘汉年夫妇再次关入秦城监狱。三个月内，潘汉年遭到47次突击审讯。一个多月后，为了审讯他在中共当政后的“罪行”，38天内他又被“连续作战”41次。
经过近3年的审讯和大规模内查外调后，专案组没有发现任何新材料。在这种情况下，1970年7月3日，专案组向中央文革小组提出“罪行审查”和“判刑意见”报告，建议将潘汉年“永远开除党籍，判处无期徒刑，剥夺政治权利终身”。这个报告经江青转呈毛泽东之后，毛圈阅同意。
1975年5月，已经在秦城监狱八年多的潘汉年夫妇，被押解到湖南省公安厅所属第三劳改单位——茶陵县洣江茶场。由于缺乏医疗，营养又差，年近七旬的潘汉年肝病迅速恶化，又患了类风湿关节炎、消化道出血、肺部感染等多种病症。
1977年2月底，他卧床不起，被化名“萧淑安”送到湖南省第二附属医院治疗。一个多月后的4月14日，潘汉年去世，终年71岁。
潘汉年被监禁至死，真正的原因是什么？
第一，奉命与侵华日军勾结。
东京福祉大学教授远藤誉，根据日本外务省解密档案和日本间谍的回忆录，写了一本书《毛泽东勾结日军的真相》，书中引用确凿可靠的证据，揭露了不少历史内幕，包括中共派遣高级特工潘汉年等，主动联系日本外务省在上海的间谍机构“岩井公馆”和日军参谋总部在南京的间谍机构“梅机关”，与这些机构交换情报，共谋削弱抗日的国军，与日军签订停战协定，等等。
抗战期间，曾任“中国新闻社”记者的顾雪雍，在《我所知道的中共“五方特务”袁殊》一文中写道，1939年，潘汉年和日本外务省特务岩井英一会见后，在另一名中共特工袁殊的陪同下，到南京与“梅机关”首脑影佐祯昭见面。
岩井和影佐知道，潘汉年不是一般的情报人员，而是“毛泽东的特使”，所以对他特别重视，不仅给他发了特别通行证，让他以“胡越明”的化名，按月在“岩井公馆”领取大量活动经费，还在当时上海最高档的汇中饭店开了房间给他住。
据“中国军网”在2016年刊出的“军事解密”系列文章，日本间谍机构为潘汉年举办欢迎盛宴后，双方会谈三天，达成重要默契，并写了会谈纪要。主要内容是：日军与中共军队停止一切军事行动，互相和平共处；中共负责保护铁路交通安全，不得破坏；中共可到日占区采购战略物资；日军对中共开放长江封锁线，中共人员物资可顺利在长江两岸通行等。
这些默契使日军和中共都获得极大好处：日军不再受中共军队威胁，得以抽调大量兵力进攻西南的国民党军队；中共则不再担心日寇扫荡，在日占区后方扩张地盘和军力，为后来推翻国民政府打下基础。
潘汉年被监禁至死的第二个原因，是他奉命会见汪精卫。
抗日战争时期，投靠日本的汪精卫在南京建立伪国民政府，潘汉年两次前往会面。
第一次，是他到南京见“梅机关”的首脑影佐后，通过影佐跟汪精卫见了面。影佐的公开身份是汪精卫的最高军事顾问。这件事，日本间谍岩井英一在回忆录《回想的上海》中有详细记录。
第二次：1943年，潘汉年在汪伪政权特务头子李士群的陪同下会见汪精卫。上海极司菲尔路76号是汪伪政权特务机构所在地，由李士群直接指挥。潘汉年与这个特务机关也有联络。20世纪40年代，他和李士群多次会面。
根据中共领导人王明在《中共五十年》一书中回忆，“潘汉年是饶漱石根据毛泽东的命令派去和日军与汪精卫谈判的代表。”
潘汉年是毛泽东的替罪羊
有朋友可能听不明白了，潘汉年是“奉命行事”，怎么却被自己的组织定罪了？因为，毛泽东要掩盖他定下的“联日反蒋”决策，让潘替自己背黑锅，同时让潘闭嘴。
1962年，潘汉年案被移送到最高法院审判。负责办理此案的法官丁汾、彭树华，在查阅了全部案卷后提出八点质疑。他们向最高法院院长谢觉哉汇报，谢说：
“潘汉年案是很复杂的，涉及中央许多重大机密，直接领导潘汉年工作的是周总理和康生，许多事情毛主席也是知道的。对潘汉年的处理，是党中央定的⋯⋯”
共产国际驻延安特派员弗拉基米洛夫在《延安日记》中写道：“我无意中看到一份新四军总部的来电。这份总部的报告完全清楚地证实了：毛泽东等与日本派遣军最高司令部之间，长期保持联系……电报无疑还表明与日军司令部联系的有关报告，是定期送到延安的。”
“（中共）领导人中只有几个人知道此事，毛的一个代理人，可以说一直隶属于南京的冈村宁次大将总部的，什么时候需要，他都可以在日本反间谍机构的严密保护下，畅通无阻地往返于南京与新四军总部之间。”
另外，中共中央文献研究室编辑的《毛泽东年谱》中，毛泽东致电潘汉年的记录达三十多处。
原中共中央对外联络部部长罗青长在《潘汉年冤案的历史背景》中写道，当周恩来得知潘汉年1939到1948年和中央来往的电报都在时，他让罗青长等人把这些材料搜集起来。罗青长回忆说，“根据档案材料，当时潘汉年所做的工作，如打入日寇内部、利用李士群等，中央都是知道的，档案中都有记载……中央对他的工作也是肯定的。”
然而，这种“肯定”换来什么？假如当初，潘汉年知道自己只是被利用，还将被卸磨杀驴，他还会如此卖命地当这个“红色特工”吗？
