Šéfa ropného koncernu zatkli 25. októbra 2003 na základe obvinenia zo sprenevery a daňových únikov. V roku 2005 ho súd uznal za vinného a odsúdil na deväť rokov väzenia. Po odvolaní mu trest o rok skrátili. Od marca 2009 do decembra 2010 sa konal ďalší súdny proces, v ktorom s Chodorkovským ako spoluobžalovaný vystupoval aj niekdajší manažér JUKOS-u Platon Lebedev. Obvinení boli zo sprenevery a prania špinavých peňazí. V tomto procese bol Chodorkovskij odsúdený na 14 rokov väzenia, pričom do výkonu trestu sa mu započítali aj roky strávené vo väzení po prvom procese.
Svoje súdne procesy i tresty označuje Chodorkovskij za politicky motivované. Podľa rozhodnutia Európskeho súdu pre ľudské práva (ESĽP) však proces vedený proti nemu nebol politický, i keď – ako uznal ESĽP – porušoval jeho práva na spravodlivý proces a práva na rešpektovanie súkromného a rodinného života.
Chodorkovskij mal byť z väzenia prepustený 25. októbra 2014, ale na základe milosti, ktorý mu udelil ruský prezident Vladimir Putin, sa na slobodu dostal už 20. decembra 2013. Odvtedy žije v zahraničí. Ruská justícia si ho na piatok predvolala v súvislosti s podozrením z objednania spomínanej nájomnej vraždy, Chodorkovskij však z Londýna odkázal, že sa nedostaví.
O obnovení vyšetrovania Petuchovovej vraždy informoval 30. júna hovorca vyšetrovacieho výboru Vladmir Markin. Vysvetlil, že k tomu došlo na základe získania nových informácií. Markin pripustil, že Chodorkovskij mohol byť objednávateľom tejto vraždy i ďalších závažných trestných činov.
Primátor Neftejuganska bol zavraždený 26. júna 1998. JUKOS mal v tomto meste výsadné postavenie ako najväčší zamestnávateľ, ale pre neplatenie daní do mestského rozpočtu sa údajne vedenie firmy dostalo do konfliktu s primátorom, ktorý pohrozil podaním žaloby. Za zorganizovanie vraždy bol na doživotie odsúdený bývalý šéf ochranky JUKOS-u Alexej Pičugin.
Ruské orgány činné v trestnom konaní vyhlásili už skôr na území Ruskej federácie pátranie po Michailovi Chodorkovskom. Podľa tamojších médií by malo nasledovať aj vyhlásenie medzinárodného pátrania a vydanie medzinárodného zatykača.