По приказу императрицы было назначено расследование дела о «скандальном митрополите». Он был арестован и доставлен в Москву. Заключенный в тюрьму Арсений продолжал обличать светские власти и саму императрицу. На допросах в присутствии самой Екатерины он смело высказывал сомнения в ее правах на престол. В результате его лишили архиерейского сана и сослали в дальний монастырь, сохранив монашеский чин. Но и там узнику не дали покоя. Его перевозили из одного монастыря в другой — такова была воля императрицы, которая боялась возраставшей популярности Арсения. В ссылке Арсений продолжал выступать против правительства, уже открыто призывая к свержению Екатерины. Будучи талантливым проповедником, он быстро завоевал уважение не только у монахов, но и охранявших монастырь солдат и офицеров. Его принимали не как преступника, а как митрополита, пострадавшего за Церковь.
Екатерина не могла спокойно относиться к выступлениям опального митрополита. Вскоре началось новое следствие. Арсения обвинили в политической неблагонадежности и расстригли. Когда ссыльному объявили новый указ, он не вымолвил ни слова. Монашескую одежду ему заменили на арестантскую и заключили под именем Андрея Враля в тюрьму
Ревельской крепости на вечное содержание. Коменданту крепости Екатерина писала: «Народ его почитает, считая святым, а он более никто, как превеликий плут и лицемер». В 1772 году в Ревельской тюрьме митрополит Арсений заболел и скончался. На окошке его каземата осталась вырезанная им надпись: «Благо мне, Господи, яко смирил мя еси». Многие в правительстве тайно сочувствовали митрополиту. После его смерти посылали деньги на панихиды в Ревель- скую крепость, а орловский помещик Лопухин даже поставил Арсению памятник в своем имении.