Сенцов был приговорен в РФ к 20 годам лишения свободы 25 августа 2015 года. Российский суд признал его виновным в создании в Крыму террористического сообщества и руководстве им, покушении на приобретение взрывных устройств и незаконном хранении огнестрельного оружия и боеприпасов, двух террористических актах и подготовке еще одного теракта. Сенцов своей вины не признал.
14 мая 2018 года режиссер объявил бессрочную голодовку с требованием освободить 64 украинских политзаключенных. Себя в этот список он не включил. Через пять месяцев, 5 октября, Сенцов сообщил, что в связи с критическим состоянием здоровья и патологическими изменениями во внутренних органах его планировали кормить принудительно, поэтому он вынужден прекратить голодовку.
7 сентября 2019 года между Украиной и РФ состоялся обмен удерживаемыми лицами в формате "35 на 35". Среди украинцев, которые вернулись домой, был и Сенцов.