Чувствуя свою вину перед Масловой, Нехлюдов решает нанять для нее известного адвоката, подать дело к кассации и помочь деньгами.
Вершится несправедливый суд, из-за судебной ошибки Катя приговорена к каторге, но до этого никому нет дела. Нехлюдова захлестывает волна отвращения ко всем людям, причастным к этой несправедливости. Чуть позже он понимает, что это есть отвращение к самому себе, ведь у истока падения и нравственной гибели Катюши стоит он сам. Нехлюдов вспоминает Маслову; сперва арестанткой – какой он ее видел на суде, а затем мысль его возвращается в светлые дни прошлого.
«В то время Нехлюдов, воспитанный под крылом матери, в девятнадцать лет был вполне невинный юноша. Он мечтал о женщине только как о жене. Все женщины, которые не могли, по его понятию, быть его женой, были для него не женщины, а люди».
Они с Катюшей, словно дети, играли в горелки, он давал ей читать любимые свои книги, под кустом белой сирени был их первый поцелуй…
«Он был уверен, что его чувство к Катюше есть только одно из проявлений наполнявшего тогда все его существо чувства радости жизни, разделяемое этой милой, веселой девочкой…»
«Тогда он был честный, самоотверженный юноша, готовый отдать себя на всякое доброе дело, – теперь он был развращенный, утонченный эгоист, любящий только свое наслаждение».
И вот последовал приговор к каторжным работам. Нехлюдов во время своей речи упустил важные слова: «…но без намерения причинить смерть…». Это обстоятельство могло бы оправдать Катюшу, но ошибка совершена, и Дмитрий Иванович полон раскаяния и желания ее исправить. Он решает порвать отношения со своей нынешней невестой Мисси, сознаться обманутому мужу светской дамы в том, что жена изменяла ему с ним. Более того, он решил следовать за Катюшей, и даже, если надо для ее спасения, то и жениться на ней.
Первое свидание в тюрьме со всей беспощадностью показало Нехлюдову, как изменилась Катюша. Перед ним – грубая, да еще и выпившая с сокамерницами, раздраженная «проститутка Любка», которая просит у князя десять рублей, а о его планах скептически говорит: «Не будет этого никогда!.. Мной в этой жизни услаждался, мной же хочешь и на том свете спастись». Несмотря на увиденное и услышанное (а это, хоть горькая, но правда), Нехлюдов продолжает действовать.
Наняв адвоката, Нехлюдов составляет кассационное прошение в сенат и уезжает в Петербург, чтобы самому присутствовать при рассмотрении дела. Но все усилия тщетны, приговор остается без изменения.
Вернувшись в Москву, Нехлюдов привозит с собой, для подписи Масловой, прошение о помиловании на «высочайшее имя», в успех которого он уже не верит и, через несколько дней, вслед за партией заключенных, с которой по этапу идет Маслова, отправляется в Сибирь.
На время продвижения по этапам Нехлюдов, словно добрый дух, хлопочет за Маслову. Его стараниями она переведена из отделения уголовных заключенных к политическим. Среди политических Катюша отогревается душой: узнает много нового и важного – например, что любовь не заключается в одной «половой любви», а благотворение – это необходимая человеку «привычка», «усилие», которое должно составлять «дело жизни».
Постепенно, как в природе оживает после зимнего сна природа, совершается воскресение душ героев романа. Это «воскресение» меняет характеры Нехлюдова и Масловой, делает их добрее, учит видеть нужды окружающих.
Наконец партия Масловой, пройдя около пяти тысяч верст, прибывает в крупный сибирский город. Сюда-то и стекается вся почта для Нехлюдова, которую он не мог получать, перемещаясь по этапу. Разбирая почту, Нехлюдов находит письмо своего друга юности Селенина. Вместе с письмом Селенин высылает Нехлюдову копию официальной бумаги с помилованием Масловой, согласно которой каторжные работы заменяются ей поселением в Сибири.
Нехлюдов приходит на свидание с Масловой, с ним письмо о помиловании. Он раскрывает Катюше содержание письма: теперь они могут поселиться вместе. Однако Маслова отказывает Нехлюдову. Она не желает его жертвы и не хотела бы портить ему жизнь. За время своего пребывания с политическими заключенными она близко познакомилась с ссылаемым в Якутскую область Владимиром Симонсоном, который влюбился в нее и предложил стать его женой. Катюша выбирает Симонсона.
