Вся тяжесть аргументов американского правительства была перенесена с Голда и других арестованных шпионов на Розенбергов. Как свидетельствуют материалы ФБР, они были архитекторами шпионской организации. Именно они устанавливали контакты с советскими дипломатами и агентами. Эдгар Гувер утверждал, что американские ученые были уверены, что России не удастся изобрести атомную бомбу вплоть до шестидесятых годов. Но благодаря секретам, переданным Розенбергами, русские испытали свое первое ядерное устройство в 1949 году, что сразу же перенесло их в ядерный век и заложило основы «холодной войны».
Государственный обвинитель Ирвинг Сейпол ни у кого не оставил сомнения в том, что намерен добиваться для шпионов смертного приговора. Он заявил: «Мы докажем, что Розенберги запустили в действие с помощью советских агентов тщательно продуманную программу, с помощью которой им удалось выкрасть уникальное оружие, если хотите, ключ к выживанию нации и средство поддержания мира во всем мире - атомную бомбу. Вера в коммунизм привела их в советскую шпионскую организацию».
Суд, длившийся пятнадцать дней, стал сенсацией не только для Америки - к нему было приковано внимание всего мира. Все новые и новые улики неопровержимо доказывали, что семья Розенбергов продала душу серпу и молоту. Один из свидетелей показал, что Джулиус Розенберг пытался выяснить у него, дает ли ему работа в министерстве военно-морского флота в Вашингтоне возможность доступа к атомным секретам. Выпускница Колумбийского университета Элизабет Бентли рассказала, как она с помощью обмана была затянута в шпионскую паутину через погубившие ее любовные связи с советскими агентами. Контакт между Розенбергами и Москвой был, как следовало из показаний этой свидетельницы, необыкновенно прочным.
Несомненно, показания Дэвида Грингласа во многом определили судьбу Этель и Джулиуса. Шпион признался, что имел доступ к строжайшим секретам, которые передавал своей сестре и шурину. «Они предпочитают русский социализм нашей государственной системе», - говорил он.
Гринглас показал, что передавал информацию о персонале на особо охраняемом комплексе, позднее - о взрывчатых веществах, используемых для введения в действие детонатора, и о самом механизме этого устройства.
Гринглас передавал советским агентам технические сведения и схемы. А в одном пакете, за который он получил 200 долларов, содержалась перепечатка двенадцатистраничной инструкции, объясняющей механизм действия бомбы.
Арест Фукса положил конец шпионским операциям. В своих показаниях Гринглас вспоминал, что Джулиус как-то навестил его и спросил: «Ты помнишь того мужчину, который встречался с тобой в Альбукерке? По всей вероятности, он вскоре будет арестован и это, возможно, выведет на тебя».
Гринглас говорил, что Джулиус предлагал ему деньги, чтобы уехать, и позднее вернулся с четырьмя тысячами долларов для этой цели. Но было уже поздно.
Советский агент в Америке Гарри Голд также дал серьезные показания.
Он сказал, что его и Розенберга контролировал советский вице-консул в Нью-Йорке Анатолий Яковлев. Голд признался: «Яковлев сообщал, что информация, которую я ему передавал, немедленно направлялась в Советский Союз. Он заверял, что информация Грингласа была чрезвычайно важной и ценной». В 1946 году Яковлев спешно покинул Америку.
Джулиус Розенберг на все обоснованные и необоснованные обвинения в шпионаже отвечал односложно: «Я этого не делал». На вопрос, является ли он членом коммунистической партии, Джулиус отвечать отказался, хотя и признал, что симпатизирует советской политической системе, «так как она многое сделала, чтобы улучшить положение неимущих». Этель также отрицала выдвигаемые в ее адрес обвинения.
В заключительном слове государственный обвинитель был более красноречив, чем обвиняемые в шпионаже. Он сказал: «Это одно из самых важных дел, когда-либо представленных жюри присяжных в нашей стране. Доказано, что эти заговорщики украли у США самые важные научные секреты, которые когда-либо знало человечество, и передали их Советскому Союзу. Описание устройства атомной бомбы Дэвидом Грингласом было отпечатано Этель Розенберг с такой же легкостью, с какой она выполняла свою обычную работу: села за машинку и ударила по клавишам; удар за ударом - против своей страны в интересах страны Советов».
Положение Розенбергов стало угрожающим. Представленные свидетельства вины супружеской пары были неоспоримы.
29 марта 1951 года судьи вынесли обвинительный, а через неделю окончательный приговор Джулиусу и Этель Розенбергам: смертная казнь.
Судья Ирвинг Кауфман заявил: «Мысль о том, что граждане нашей страны способствуют уничтожению Соединенных Штатов самым разрушительным оружием, известным человеку, является настолько шокирующей, что я не могу найти слов, чтобы описать это чудовищное преступление».