Сенцова заарештували в окупованому Сімферополі 10 травня 2014 року. Його було засуджено у РФ до 20 років позбавлення волі 25 серпня 2015 року. Російський суд визнав його винним у створенні у Криму терористичної спільноти й керівництві нею, спробі придбання вибухових пристроїв та незаконному зберіганні вогнепальної зброї і боєприпасів, двох терористичних актах та підготовці ще одного теракту. Сенцов своєї провини не визнав.
7 вересня 2019 року Сенцов повернувся в Україну в межах українсько-російського обміну утримуваними особами у форматі "35 на 35".
Українська влада організувала для нього тимчасове житло в Києві. Уповноважена Верховної Ради з прав людини Людмила Денісова заявила, що повертатися у Крим Сенцову не можна.