Пичугин был задержан в 2003 году. В отношении него было возбуждено два уголовных дела - по обвинению в организации убийств и покушений на убийства. По первому делу суд признал его виновным в организации убийства тамбовских бизнесменов Ольги и Сергея Гориных, а также покушениях на управляющего компании "Роспром" Виктора Колесова и главу Управления по общественным связям мэрии Ольгу Костину. 30 марта 2005 года экс-сотрудника ЮКОСа приговорили к 20 годам колонии строгого режима.
В 2008 году Пичугина признали виновным в других преступлениях - в организации убийств директора торговой фирмы "Феникс" Валентины Корнеевой и мэра Нефтеюганска Владимира Петухова, а также в двух покушениях на управляющего компанией East Petroleum Handelsgas GmbH Евгения Рыбина. Тогда суд приговорил его к пожизненному сроку.
Пичугин отрицает свою вину. В жалобе в ЕСПЧ, которую ранее подали его адвокаты, он просил признать, что при рассмотрении первого дела были нарушены три статьи Европейской конвенции по правам человека. В октябре 2012 года ЕСПЧ признал, что в отношении Пичугина были нарушены сразу несколько положений Европейской конвенции о правах человека - в частности, право на справедливое публичное судебное разбирательство. По решению суда, исправить нарушения возможно только в рамках нового судебного процесса. В январе текущего года вердикт ЕСПЧ вступил в силу, и защита Пичугина подала ходатайство в Верховный суд РФ об отмене приговора.
В конце июля председатель суда Вячеслав Лебедев принялся за изучение дела Пичугина, чтобы принять решение о возможном внесении в президиум ВС представления об отмене приговора. В августе он подписал постановление о возбуждении надзорного производства и передаче дела в президиум.
В настоящее время Алексей Пичугин отбывает наказание в колонии особого режима ФКУ ИК-6 ("Черный дельфин") в городе Соль-Илецк Оренбургской области.