С 1942 года по 1945 год Юлиус Розенберг занимал должность гражданского инженера войск связи в штате Нью-Джерси.

В начале 1943 года Юлиус вышел на резидента советской разведки в США Александра Феклисова. Начались регулярные встречи, во время которых Розенберг передавал секретную информацию, касающуюся оснащения американской армии новейшими по тому времени образцами вооружения. По словам Феклисова, Розенберг предоставил ему тысячи документов с грифом «секретно» и «сверхсекретно» и однажды принес целый неконтактный взрыватель. Информацию об атомном оружии Юлиус получал от завербованного им же Дэвида Грингласса, младшего брата жены, работавшего на предприятии, где производились бомбы, уже испытанные в Хиросиме и Нагасаки. Вначале Юлиус уверял его, что это обмен научными сведениями с союзной страной, не имеющий отношения к платному шпионажу.

Передача информации велась через еще одного агента советской разведки, Гарри Голда. В 1950 году в Великобритании был пойман разведчик СССР Клаус Фукс. Во время допроса на одном из фото он опознал Голда, который был его связником в 1944–1945 годах.

Голд признался, что уже 10 лет работает на советскую разведку и на фотографиях, предоставленных агентами ФБР, узнал Грингласса, который на тот момент подозревался в похищении урана.

Грингласс раскололся только после того, как его жена оказалась под угрозой ареста. Страх за нее и детей сломал его, и он дал показания против Розенбергов. Летом 1950 года супруги оказались в тюрьме. Их двое детей попали сначала к родственникам, а затем – в детский дом. Суд начался 6 марта 1951 года и продолжался три недели. Розенберги отрицали свою вину и заявляли, что их арест – это антикоммунистическая и антисемитская провокация. На процессе Розенбергам было предъявлено обвинение в «заранее спланированном с сообщниками заговоре для выдачи Советскому Союзу информации и оружия, которое тот мог использовать, чтобы уничтожить нас». Жена Дэвида Грингласса, Рут, дала показания против Этель, рассказав, как та под диктовку Дэвида на печатной машинке фиксировала описание атомной бомбы. Гринглассв итоге получил 15 лет тюрьмы, из которых отсидел 10. Сама Рут осталась на свободе. 29 марта 1951 года Розенберги были признаны виновными. Вынесение приговора было назначено на 5 апреля. Поначалу в министерстве юстиции и в ФБР сошлись на том, что Этель казнить не следует хотя бы ради детей – достаточно приговорить ее к 25–30 годам тюрьмы. Также следователи рассчитывали, что эта мера позволит получить от Юлиуса признательные показания. Прокурор, однако, был другого мнения. Когда судья обратился к нему за советом, тот ответил: «Она хуже Юлиуса. Она умнее его. Она все это придумала». Судья Ирвинг Кауфман приговорил обоих к казни на электрическом стуле. «Отдав русским секрет атомной бомбы, вы спровоцировали коммунистическую агрессию в Корее. В результате погибли пятьдесят тысяч человек, и кто знает, возможно, миллионам невинных людей придется заплатить за ваше предательство. Совершив предательство, вы изменили ход истории не в пользу родины», – заявил он.