W 1887 został wciągnięty w przygotowania Woli Ludu do zamachu na cesarza Aleksandra III. Wśród zamachowców znajdował się między innymi Aleksander Uljanow (starszy brat Włodzimierza, znanego potem jako Lenin), po procesie stracony. Po dekonspiracji spisku Bronisław (którego podczas przesłuchań wydał Michał Kanczer) został skazany na karę śmierci, zamienioną na 15 lat katorgi, i zesłany na wyspę Sachalin. Na Sachalinie w 1891 poznał Lwa Sternberga, znanego już etnografa, który także przebywał na zesłaniu. W 1896 ukazała się jego praca o obserwacjach klimatycznych. Został wówczas wysłany z misją meteorologiczną na południową część wyspy, gdzie zetknął się z Ajnami.
Po 10 latach zesłania reszta wyroku została zamieniona na nakaz osiedlenia się bez prawa opuszczania rosyjskiego Dalekiego Wschodu. Trzy lata później otrzymał od cesarskiej akademii nauk propozycję udania się na badania kultury Ajnów, Gilaków (Niwchów), Oroków i Mangunów na SachalinieBarbara Jelonek, Problematyka prawna Ajnów w Japonii – badania Bronisława Piłsudskiego i sprawa Nibutani Dam, Acta Erasmiana 2017, t. 15, Wrocław 2017.http://www.actaerasmiana.prawo.uni.wroc.pl/wp-content/uploads/2017/09/B.-Jelonek-XV.pdf..