Proces można podzielić na trzy fazy:

• przesłuchania świadków w związku z sytuacją przed podpaleniem gmachu Reichstagu (Lipsk: 21 września-7 października);
• przesłuchania świadków z związku z aktem podpalenia (Berlin: 10 października-18 listopada); oraz
• rozpatrzenie politycznych aspektów sprawy, m.in. tezy o powstaniu komunistów przeciw państwu niemieckiemu (Lipsk: 23 listopada-23 grudnia).

Oskarżenie próbowało przedstawić podpalenie jako sygnał dla komunistycznych wystąpień zbrojnych przeciwko państwu niemieckiemu. Przesłuchano ponad 500 świadków, a materiały dowodowe zajęły 32 tomy akt. Dziesięć rozpraw, które zwróciły największą uwagę prasy zagranicznej (druga faza procesu), toczyło się w sali komisji budżetowej w niezniszczonej części gmachu Reichstagu.

Główny oskarżony, van der Lubbe, nie współpracował ze swoim obrońcą, sprawiał wrażenie zdezorientowanego, a nawet chorego psychicznie. Jednak na podstawie przeprowadzonych badań psychiatrycznych stwierdzono, że jest zdrowy. Van der Lubbe przez cały czas utrzymywał, że działał w pojedynkę. Zaraz po zatrzymaniu miał zeznać, że rozczarowany faktem, że lud pracujący nie podejmuje żadnych działań przeciwko systemowi kapitalistycznemu, podjął walkę sam, a podpalenie Reichstagu miało być aktem zemsty na międzynarodowym kapitalizmie.

Georgi Dymitrow spędził pięć miesięcy skuty kajdankami, których mu nie zdejmowano. W tym okresie pisał listy do sądu oraz do prawników. Odmówiono mu wolnego wyboru obrońcy – obrońca został wyznaczony przez sąd. Pierwszy obrońca, Werner Wille, polecony przez Kurta Rosenfelda, złożył swój mandat. Kolejnych obrońców, wybranych przez Dymitrowa (m.in. Vincenta de Moro-Giafferi), odrzucił sąd. Dymitrow, podczas aresztu, studiował niemieckie prawo karne oraz kodeks postępowania karnego. Aktywnie biorąc udział w czynnościach procesowych, często wdawał się w potyczki słowne z przedstawicielami oskarżenia, stawiając liczne wnioski o materiał dowodowy, a poprzez swoje pytania przyczyniając się do tego, że świadkowie plątali się w zeznaniach. W procesie zeznawało ponad pięciuset świadków. Dzięki niemieckim i zagranicznym dziennikarzom Dymitrow zyskał rozgłos medialny. Sędziowie Sadu Najwyższego Rzeszy nie mogli uznać Dymitrowa, Popowa i Tanewa za sprawców kierowniczych „podpalenia gmachu Reichstagu”. Wielokrotnie wyłączali części materiału dowodowego z postępowania. Niektórzy świadkowie, osadzeni w obozach koncentracyjnych, zeznający w policyjnym śledztwie pod presją przeciwko oskarżonym, przed sądem odwoływali swoje zeznania.

Wyrok, nie podlegający apelacji, zapadł 23 grudnia 1933. Oskarżeni: Torgler, Dymitrow, Popow i Tanew zostali uwolnieni z braku dowodów winy. Oskarżony van der Lubbe został uznany winnym zdrady stanu, podżegania do podpalenia oraz próby podpalenia. Sąd skazał go na karę śmierci i utratę praw obywatelskich. Zagranica przyjęła wyrok z ulgą, a prasa narodowosocjalistyczna z oburzeniem. Teoria o winie komunistów była nadal podtrzymywana.

Marinus van der Lubbe został zgilotynowany 10 stycznia 1934. Po procesie pozostali oskarżeni zostali objęci tzw. aresztem prewencyjnym (niem. Schutzhaft). Bułgarzy zostali wydaleni z terytorium III Rzeszy, a Torglera wypuszczono z obozu dopiero w 1935.