W kwietniu 1939 została aresztowana z pielęgniarką i służąca, a następnie skazana na karę więzienia za przeprowadzenie aborcji na trzynastoletniej dziewczynce zgwałconej przez brata. Czas aresztowania zbiegł się z kampanią antyaborcyjną. Sędzia zarządził badanie psychiatryczne, a psychiatra orzekł, że Pelletier była w momencie wykonania zabiegu całkowicie nieodpowiedzialna. Pelletier – pierwsza kobieta praktykująca psychiatrię we Francji – została skierowana do szpitala psychiatrycznego Perray-Vaucluse w Épinay-sur-l'Orge pod Paryżem. Faktem jest, że była chora (miażdżyca, problemy z płucami i oczami) i nie umiała trzeźwo ocenić sytuacji. Prawdopodobnie wyrok był spowodowany naciskami politycznymi. Zmarła w przytułku samotnie 8 miesięcy później, w wieku 65 lat. Została pochowana na cmentarzu przy przytułku.