Vào ngày 2 tháng 1 năm 2016, Warmbier bị bắt vì tội trộm cắp ngay trước khi rời Triều Tiên ra khỏi Sân bay quốc tế Bình Nhưỡng.[9] Những người khác trong nhóm du lịch của anh rời khỏi đất nước mà không có sự cố. Tội của anh được mô tả là "hành động thù địch chống lại nhà nước" của hãng thông tấn KCNA của Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Triều Tiên.[15]

Warmbier đã bị xử và kết án vì tội trộm cắp biểu ngữ tuyên truyền từ khu vực hạn chế của khách sạn. Phiên toà của anh bao gồm những lời thú nhận, cảnh quay phim CCTV, bằng chứng vân tay và lời khai của nhân chứng.[21]

Trong một cuộc họp báo vào ngày 29 tháng 2 năm 2016, Warmbier lặp lại lời thú tội của mình rằng anh đã đánh cắp biểu ngữ để mang về Hoa Kỳ. Anh nói rằng anh đã lấy cắp nó cho mẹ của một người bạn muốn nó như là một món quà lưu niệm được treo trên tường của một nhà thờ ở quê nhà của anh ở Wyoming, Ohio. Anh ta nói anh ta đã cho anh một chiếc ô tô đã qua sử dụng trị giá 10.000 đô la để trả tiền, và nếu anh ta bị giam giữ và không trở lại, 200.000 đô la sẽ được trả cho mẹ của anh ta dưới dạng một khoản quyên góp từ thiện. Warmbier cho biết anh chấp nhận đề nghị vì gia đình anh "đang phải chịu đựng những khó khăn về tài chánh rất nghiêm trọng".[22] Anh cũng nói rằng anh được khuyến khích thực hiện hành động của mình bằng mong muốn gia nhập Z Society, một "tổ chức bí mật" và Tổ chức từ thiện tại Đại học Virginia giúp sinh viên tốt nghiệp có được công việc "trả lương cao". Warmbier nói rằng Z Society có liên quan chặt chẽ với CIA.

Warmbier, vào cuối buổi họp báo, tóm lược lời thú nhận của mình như sau:

Tôi không bao giờ nên cho phép mình được lôi kéo bởi chính quyền Hoa Kỳ để phạm tội ở đất nước này. Tôi muốn rằng chính quyền Hoa Kỳ không bao giờ thao túng những người như tôi trong tương lai để phạm tội chống lại nước ngoài. Tôi cầu xin bạn, người dân và chính phủ của Cộng hòa Nhân dân Triều Tiên, vì sự tha thứ của bạn. Xin vui lòng! Tôi đã mắc sai lầm tồi tệ nhất trong cuộc đời tôi! Xin hãy nghĩ của gia đình tôi.[23]

Cha của Warmbier sau đó nói rằng việc nhận tội là do bị cưỡng chế và câu chuyện về chiếc xe đã sử dụng và nhà thờ ở Wyoming là vô nghĩa.[1] Vào ngày 16 tháng 3 năm 2016, hai tiếng sau khi phái viên Mỹ Bill Richardson gặp hai nhà ngoại giao Triều Tiên đến từ văn phòng của Liên hợp quốc để gây sức ép giúp thả Warmbier,[24] Warmbier bị kết án 15 năm khổ sai.[2][25] Tổ chức Theo dõi Nhân quyền (Human Rights Watch) đã gọi bản án là "tàn bạo và gây sửng sốt" [26], trong khi phát ngôn viên Bộ Ngoại giao Hoa Kỳ Mark Toner nói rằng rõ ràng là Triều Tiên đã bắt giữ các công dân Mỹ vì các mục đích chính trị bất chấp những tuyên bố ngược lại.[27]

Theo cha của Warmbier, ông và vợ của ông đã "được kêu gọi để giữ im lặng" về hoàn cảnh của con mình bởi chính quyền Barack Obama. Tháng 5 năm 2017, cha của Warmbier nói rằng ông và vợ muốn con trai của họ tham gia vào bất kỳ cuộc đàm phán nào giữa Hoa Kỳ và Triều Tiên.[28]