Amesa wzięto pod całodobową obserwację, jego dom i biuro przeszukano i założono tam podsłuch, monitorowano także jego komputer osobisty. Włamano się do systemu służącego mu do kontaktowania się z rosyjskimi zwierzchnikami, a także wytropiono miejsca skrzynek kontaktowych, gdzie były wymieniane wiadomości, instrukcje i pieniądze. Nagrania rozmów Amesa z Rosario potwierdziły fakt, że była ona dobrowolną i chętną współuczestniczką jego działań szpiegowskich.
Bez podejmowania jakichkolwiek czynności, jakie mogłyby wzbudzić podejrzenia Amesa, przeniesiono go do nowego centrum antynarkotykowego w CIA. W lutym 1994 roku Ames miał lecieć z ramienia nowego wydziału CIA do Moskwy. FBI podejrzewając jednak, że Ames może już stamtąd nie wrócić, postanowiło go aresztować, co nastąpiło 21 lutego 1994 roku.
Przyznał się do szpiegostwa i oszustw podatkowych, ale nie okazał żadnych wyrzutów sumienia z powodu śmierci ludzi, których wydał. Został skazany na dożywotnie więzienie bez możliwości wcześniejszego zwolnienia.
, w zamian za obietnicę współpracy z FBI, dostała wyrok jedynie pięciu lat więzienia.
Zmarł 5 stycznia 2026 w więzieniu federalnym () w Cumberland, w stanie Maryland.