6 июня 2003 года депутат Госдумы Владимир Юдин направил в Генпрокуратуру запрос, в котором поставил под сомнение легитимность приватизации в 1994 году горно-обогатительного комбината «Апатит» (Мурманская область). Через несколько дней Генпрокуратура возбудила уголовное дело по факту незаконной приватизации. 2 июля 2003 года по данному делу в больнице задержан глава МФО МЕНАТЕП и совладелец НК ЮКОС Платон Лебедев.
25 октября в новосибирском аэропорту Толмачево задержан председатель правления ЮКОСа Михаил Ходорковский. В тот же день он доставлен в Москву, где в Генпрокуратуре ему предъявили обвинения по семи статьям УК РФ, а именно: «Мошенничество» (ст. 159), «Неисполнение судебного решения» (ст. 315), «Уклонение физического лица от уплаты налога» (ст. 198), «Уклонение от уплаты налогов и сборов с организаций» (ст. 199), «Причинение имущественного ущерба путем обмана или злоупотребления доверием» (ст. 165), «Подделка документов» (ст. 327) и «Растрата чужого имущества» (ст. 160). Басманный суд заключил Ходорковского под стражу в СИЗО «Матросская тишина». 3 ноября Ходорковский оставил пост в ЮКОСе.
В дальнейшем в рамках расследования связанных с ЮКОСом дел уголовному преследованию подверглось более 60 человек. Некоторые из них, например, сотрудник службы безопасности Алексей Пичугин, исполнительный вице-президент Василий Алексанян или юрист компании Светлана Бахмина, оказались за решеткой. Другие, как крупные акционеры МЕНАТЕПа Леонид Невзлин и Михаил Брудно, скрылись за границей.
14 мая 2004 года дело Михаила Ходорковского и гендиректора АОЗТ «Волна» Андрея Крайнова (причастного к приватизации «Апатита») передано в Мещанский суд Москвы. 8 июня суд объединил его с делом Платона Лебедева. 16 июня началось рассмотрение дела по существу.
В январе 2005 года в ходе процесса по первому делу ЮКОСа в Мещанском суде Москвы Генпрокуратура объявила о начале нового расследования против Михаила Ходорковского и Платона Лебедева. Им вменялось хищение нефти на сумму более 892 млрд руб. и легализация средств от ее продажи.
31 мая 2005 года Мещанский суд после двух недель оглашения вынес приговор. Ходорковский и Лебедев получили по 9 лет колонии общего режима, Крайнов частично признал свою вину, раскаялся и за сотрудничество со следствием отделался пятью годами условно. Из приговора следовало, что экс-глава ЮКОСа виновен в девяти преступлениях по шести статьям УК, Лебедев — в восьми преступлениях по шести статьям. В частности, суд установил, что Ходорковский и Лебедев уклонялись от уплаты налогов как физические лица, а так же нанесли крупный имущественный ущерб ЮКОСу и «Апатиту».
22 сентября 2005 года Мосгорсуд смягчил приговор Ходорковскому и Лебедеву до 8 лет.
15 октября 2005 года Михаил Ходорковский был доставлен для отбывания наказания в колонию ЯГ 14/10 в городе Краснокаменске Читинской области. Лебедев 13 октября оказался в колонии поселка Харп Ямало-Ненецкого автономного округа.
В колонии Михаил Ходорковский получил восемь взысканий (позже большая часть из них отменена судами) и находился в штрафном изоляторе в общей сложности более 30 суток. В ночь на 14 апреля 2006 года заключенный Александр Кучма нанес спящему Михаилу Ходорковскому ножевое ранение в лицо. Он объяснил свой поступок сексуальными домогательствами со стороны бывшего олигарха, а позднее опроверг эти слова.
20 декабря 2006 года для следственных действий в рамках второго уголовного дела Ходорковского и Лебедева этапировали в СИЗО Читы. 5 февраля 2007 года им предъявлены обвинения по статье 160 (хищение средств) и 174 (легализация денежных средств или иного имущества) УК РФ. В СИЗО на Ходорковского были наложены два взыскания, одно из которых позже было отменено судом.
25 октября 2007 года Европейский суд по правам человека вынес решение по жалобе Платона Лебедева в пользу заявителя. Суд признал, что права Лебедева на досудебной стадии производства по делу систематически нарушались, Россия была оштрафована на €10 тыс.
22 августа 2008 года Ингодинский райсуд Читы отказал Михаилу Ходорковскому в условно-досрочном освобождении, отметив отсутствие у него поощрений и рвения в освоении профессии швеи-мотористки.
16 февраля 2009 года Генпрокуратура утвердила обвинительное заключение по второму делу ЮКОСа. 24 февраля Ходорковского и Лебедева доставили в Москву и поместили в «Матросскую тишину». Процесс стартовал в Хамовническом суде 3 марта 2009 года, слушания по существу начались 31 марта.
30 декабря 2010 года Ходорковский и Лебедев признаны виновными в хищении 200 млн тонн нефти и легализации денежных средств, полученных преступным путем, на сумму 487 млрд руб. и более $7,5 млрд, и приговорены к 14 годам заключения, отсчет которых начинается с 2003 года. Приговор был обжалован защитой.
24 мая 2010 года Московский городской суд сократил приговор, вынесенный Хамовническим судом, на год — до 13 лет колонии.