当年4月9日，联邦法官欧文·考夫曼当庭宣布判处罗森堡夫妇死刑：“我认为你们的罪行比谋杀还要严重。在杀人案中，一个犯人杀掉的只是他手下的受害者。你们的行为使俄国人比我们最优秀的科学家的预言提前好几年制成了原子弹。依我的观点，共产党人因此才侵略朝鲜，造成了5万多人的伤亡。由于你们的背叛，你们使历史的进程转向不利于我国的方向。每天在我们周围都有你们的叛国活动带来的影响——因为全国的百姓都在忙于为防止原子弹袭击做准备。”
1953年6月，在罗森堡夫妇被执行死刑的一周年，洛杉矶不少美国民众仍为他们做弥撒祈祷
爱因斯坦也为他们叫屈
宣判之后，罗森堡夫妇都被带到法院的单人牢房，一位代理执行官告诉朱利叶斯，当天深夜要把他们转送到新监狱的死囚牢房去。朱利叶斯认为这只不过是一种摧垮他们精神的手段，于是隔着栏杆对妻子喊道：“埃塞尔！如果有人告诉我们今晚可能会被带到死囚牢房去，你不要害怕！一切都会好的。”
曾经学过声乐的埃塞尔有一副好嗓子。她唱起了普契尼的歌剧《蝴蝶夫人》中有名的唱段《他将在晴朗的日子归来》，犯人们不约而同地为她鼓起掌来。唱完了这一段，朱利叶斯又喊道：“埃塞尔，再唱另一段！”埃塞尔唱起了同一歌剧中的《啊！愉快的夜晚》。她唱得优美极了，那位执行官的助手甚至走到朱利叶斯的牢室前，激动地对他说：“朱利，在法庭上，他们把你说成是卑鄙的家伙。但在这里，你是世界上最幸运的人——因为没有一个男人曾经这样深挚地爱他的女人！”
罗森堡夫妇开始了漫长而绝望的等待之旅。在这期间，夫妻俩交换了大量的信件，以相互激励。这些信件也是罗森堡夫妇获得同情的主要源泉。
“我多么不愿意离开你那多情的拥抱，我多么悲伤啊！”埃塞尔在信中深情地写道：“在走向牢房时，我又是多么无奈，步履维艰。牢房在那里静静地、无情地、倨傲地伫候着我，它对我的离去无动于衷，又似乎知道我终将回来而暗自得意。”
朱利叶斯也用满腔深情回敬妻子的爱：“埃塞尔，你在信中深情地表达了我们受到的最大挫折，我们彼此间的了解和深沉的爱。孤独的监狱笼罩着我们，阴森的死神威逼着我们，但这绝不能中断我们与那动荡的外部世界的牢固联系。我最难以忍受的就是你、我最亲爱的人也在这个地狱里受折磨。只有你那坚定不移的意志使我经受住磨练??”
