Przyznała się też do nielegalnej działalności. Zeznania przed sądem wykorzystywała do propagowania idei eserowców: „Jeżeli zostanę skazana na śmierć, umrę ze spokojną duszą”. Jej proces opisywany był w wielu gazetach, na jej cześć powstał wiersz napisany przez Maksimiliana Wołoszyna, a pisarz Leonid Andriejew publicznie poparł jej czyn. Po Rosji krążyły ulotki z jej podobizną, a ona sama – według Aleksandry Izmajłowicz, koleżanki z partii eserowców, „była utożsamiana z obrończynią ludu i kobietą za ten lud cierpiącą”.

11 marca 1906 roku, po dwóch miesiącach przesłuchiwań, moskiewski sąd skazał ją na karę śmierci poprzez powieszenie. Kara ta, pod wpływem opinii publicznej, po 16 dniach zamieniona została przez cara Mikołaja II na dożywotnią katorgę. Kiedy się o tym dowiedziała, miała powiedzieć przyjaciółce: „Nienawidzę autokracji tak bardzo, że nie chcę żadnej przysługi z jej strony”. Karę Spiridonowa odbywała w Nerczyńsku.

Na stacjach, przez które przejeżdżał pociąg, którym jechała na zesłanie, gromadziły się przychylne jej tłumy, niektórzy próbowali ją uwolnić.