Студент Тютчев, которого допрашивали по этому делу в октябре 1875 года, рассказывал: «Когда меня ввели на очную ставку в „комиссию“, то меня поразила внешность Кибальчича: этот уравновешенный человек, ничем не возмутимый, был бледен как полотно, глаза его блуждали, и по лицу его спадали крупные капли пота; даже его смятая рубашка была, видимо, вся влажная… Очевидно, его допрашивали уже не один час, не давая ни минуты опомниться… Только этим я и объяснил себе его состояние крайнего утомления и как бы растерянности… Только тут впервые я и уразумел, каким бывает настоящий допрос в „комиссии“ III отделения».

В киевской тюрьме Кибальчич провел целых два года – и все это время в качестве подследственного, а не осужденного. Так и не было доказано, что он вел в Жорнище преднамеренную пропаганду.

В тюрьме Николай занимался изучением английского и медицины, много читал.

Весной 1877 года заключенного Кибальчича навестила Катя Зенькова, которая так и не вышла замуж за племянника викария.

В августе того же года Кибальчич подал прошение министру юстиции о скорейшем рассмотрении его дела. В этом же прошении он писал о своем желании отправиться на шедшую в то время русско-турецкую войну фельдшером или солдатом.

Священник Наркисс Олтаржевский, у которого в Жорнище гостил Николай тем злополучным летом, резко критиковал Кибальчича и активно помогал следствию. Позже он получил орден Святой Анны III степени за заслуги по военному и гражданскому ведомству.

В тюрьме Николай познакомился со многими революционерами. Среди его новых друзей был Лев Дейч – впоследствии один из лидеров меньшевиков. От него Николай узнал о планах революционеров совершать террористические акты, используя взрывные устройства.

Вот как Дейч вспоминал о знакомстве с Кибальчичем: «…особенно оптимистом он был в отношении к людям. О всех, с кем он близко сталкивался, он был хорошего мнения! Хотя и не превозносил никого до небес, не приходил ни от кого в особенный восторг. Он со всеми в тюрьме – как впоследствии на воле – был одинаково хорош, ровен, со всеми жил в мире (нас было в тюрьме человек около 20). Я решительно не знаю случая, чтобы он с кем-нибудь серьезно поспорил, поругался, и, думаю, во всю его жизнь с ним не было такого случая. Всегда спокойный, уступчивый… Он не собирался уже, как прежде можно было думать, поселиться в каком-нибудь селе с целью вести мирную, культурную деятельность. Теперь он сам находил, что медленная пропаганда – работа малопроизводительная, сам заявлял, что невыгодно за „одного крестьянина“, за одну „Хитрую механику“ десяти социалистам целые годы проводить в тюрьмах».

Надзирателем в киевской тюрьме некоторое время был Фроленко, также революционер. Он поступил на эту службу специально для того, чтобы освободить товарищей по революционной борьбе, в том числе и Льва Дейча. Фроленко смог устроить их побег.

От Фроленко же киевские революционеры узнали о Кибальчиче и решили помочь ему освободиться. Для этого нужно было взять арестованного на поруки. Это могли сделать только близкие родственники. Было решено, что Кибальчичу следует вступить в фиктивный брак с Еленой Кестельман, которая и поможет взять Николая на поруки. Этот план расстроился, так как «жених» и «невеста» не получили разрешения на брак.

В это же время умер пожилой отец Николая.

В феврале 1878 года Кибальчич узнал, что его дело наконец будет рассмотрено. Слушание в Особом присутствии Сената было назначено на май. Николая отвезли в Петербург, где он ожидал суда в Доме предварительного заключения. Условия там были тяжелыми. Кормили плохо.

Однажды во время прогулки Кибальчич поднял голову. Там, за этими пустыми облаками космос. Туда можно улететь. Построить идеальный мир там, если на Земле невозможно. Или… все-таки есть шанс создать идеальный мир и на Земле? Это же так просто – убрать плохих людей, тех, кто мешает счастью других. Да, убить. Да, никто не имеет права лишать человека жизни. Но ведь инквизиторы столько жизней отняли – и ради абсолютно бредовой идеи, ведь ясно, что религия не может улучшить жизнь людей. А он, Николай Кибальчич, хочет и может облегчить им жизнь! Но ему не дают этого сделать!

Защитником Кибальчича на суде стал Ольхин, революционно настроенный адвокат. Обвинение в революционной пропаганде было снято. Было получено лишь наказание за хранение «Сказки о четырех братьях» в виде одного месяца лишения свободы и выплаты судебных издержек (чуть более ста рублей), а также нахождения под наблюдением полиции в течение года. Судебные расходы оплатил брат Николая Кибальчича Степан, военный врач, участвовавший в русско-турецкой войне 1877–1878 годов.

«Заключенный». Художник Н. А. Ярошенко.

Кибальчич впоследствии говорил, что именно тюремное заключение закалило его и наполнило страстью к революционной борьбе: «Тюремное заключение более или менее продолжительное оказывает всегда на неустановившихся людей одно из двух влияний: одних лиц – неустойчивые и слабые натуры – оно запугивает и заставляет отречься от всякой деятельности в будущем; других же, наоборот, закаляет, заставляет стать в серьезные отношения к делу, которое представляется теперь в их глазах главною задачею жизни. Я принадлежал к числу вторых».

А вот что говорил по тому же поводу М. Р. Попов, народник, приговоренный к пожизненной каторге в 1880 г.: «Тюрьма произвела на Кибальчича свое влияние. Сейчас я представляю себе двух известных мне Кибальчичей, одного до тюрьмы и другого после тюрьмы. Правда, Кибальчич никогда, вероятно, не отличался веселым нравом и всегда был человеком ровным; но до тюрьмы он любил принимать участие в прениях, даже, может быть, мечтал руководить людьми. После тюрьмы, кроме пожатия руки, дружеской, приветливой улыбки, мне ничего не помнится, когда я думаю о нем».

После суда Николай жил в семье своей знакомой, революционерки-народницы Головиной, оправданной по «делу о 193-х» (дело о революционной пропаганде). За решеткой оставались ее товарищи, которых должны были отправить на каторгу, и Кибальчич решил помочь им. Он разработал план похищения. Арестованные временно находились в Петропавловской крепости. Николай передал заключенным книги. В их переплетах были спрятаны пилки, которыми можно было перепилить оконные решетки. Однако план не удался. В камерах постоянно присутствовала охрана, так что не было никакой возможности воспользоваться пилками.

После освобождения Кибальчич не смог восстановиться в Медико-хирургической академии и решил вернуться на родину.

На Украине Кибальчич пробыл недолго, и уже в июле 1878 года приехал в Петербург, где занялся литературной деятельностью и изучением химии. Он изучил большое количество литературы по химии и проводил дома опыты по изготовлению взрывчатых веществ.