У 2013 році Сенцов почав роботу над другим фільмом – "Носоріг" – і виграв конкурс на фінансування від Держкіно. Початок знімання режисер відклав через Євромайдан. Він приїхав до Києва і приєднався до Автомайдану від січня 2014.

Напередодні окупації Криму Сенцов повернувся додому. На півострові він займався волонтерською діяльністю і брав участь у прокураїнських мітингах. 10 травня 2014 у Сімферополі Сенцова затримали біля підїзду власного будинку, як вже згодом з'ясувалося, співробітники ФСБ. За версією російського слідства – затримання відбулося на день пізніше – 11 травня.

Перший "теракт", організацію якого йому закидають, – підпал дверей офісу "Русской общины Крыма", що відбувся у ніч проти 14 квітня 2014 року у Сімферополі. В результаті інциденту обгоріли лише ковані ґрати. Фігурантами справи слідчі називали Чирнія та Афанасьєва. Другим "терактом" у ФСБ назвали підпал офісу "Єдиної Росії" у ніч проти 18 квітня – у вікно будівлі кинули пляшку із запальною сумішшю.

У підпалі вікна будівлі нібито брали участь Афанасьєв та Чирній, а Кольченко стояв "на варті", чого не заперечував, хоча дії свої терактом не вважає. Сенцов до жодного з інцидентів не причетний, біля вказаних будівель не був, але попри це був названий організатором "терористичного угруповання".

Третій запланований "теракт" – підрив пам'ятника Леніну та "Вічного вогню" у Сімферополі, який нібито мав бути скоєний напередодні 9-го травня. Муляжі саморобних вибухових пристроїв для фейкового теракту виготовив Олександр Пирогов, який співпрацював з ФСБ. Фактично він допоміг російським силовикам влаштувати затримання Чирнія із "вибухівкою", яка насправді виявилася кухонною сіллю, перемішаною з алюмінієвим порошком. Пирогов, якого російське слідство вважає одним з ключових свідків у справі, із Сенцовим знайомим не був і підтвердити його участь у злочинній змові не зміг.

Обвинувачення проти Сенцова ґрунтувалося на показах ще двох фігурантів справи – Чирнія та Афанасьєва. Організацію підпалів та планування "вибухів" вони обидва поклали на Сенцова, називаючи його представником "Правого сектору". "Правий сектор" у відповідь опублікував заяву про те, що Сенцов ніколи не був і не є членом однойменних громадської організації та політичної партії.

І Афанасьєв, і Чирній пішли на угоду зі слідством. Їм присудили по 7 років. Згодом на суді Сенцова та Кольченка під час допиту Афанас'єв відмовився від своїх показів і заявив, що давав їх під примусом. Адвокат українця наголосив, що проти нього застосовувалися тортури: у будівлі ФСБ в Сімферополі його били, бризкали у протигаз рідину, що викликала блювоту, били електричним током у статеві органи.

Отже, "докази" вини Сенцова, основані лише на показах трьох свідків, які ніяк не можна вважати обґрунтованими. До того ж, незаконним є і саме перевезення Сенцова та інших кримських політв'язнів до Росії. Вони не відмовлялися від українського громадянства після окупації Росією Криму, а тому судити їх за будь-які злочини варто було б відповідно до українського законодавства.

25 серпня Північно-Кавказький окружний військовий суд Ростова-на-Дону визнав Сенцова винним у підготовці та організації терактів у Криму і засудив до 20 років в колонії суворого режиму.

Сенцов свою провину не визнав, а порушену стосовно нього справу назвав "політичною і сфальсифікованою". Олег категорично відкидає висунуті йому звинувачення і вважає, що його судять за участь в Майдані і активну позицію щодо відстоювання української державності в Криму.

На півострові у нього залишилися дружина і двоє дітей-підлітків, у одного з них аутизм. Сенцов під час останнього слова заявив, що суд окупантів не може бути справедливим за визначенням і побажав росіянам припинити боятися.

Разом з Сенцовим суд визнав винним другого фігуранта справи – Олександра Кольченка. Він засуджений до 10 років позбавлення волі. Звинувачення просило засудити Кольченка до 12 років позбавлення волі з обмеженням свободи на 1 рік і 6 місяців.

За півтора місяця до оголошення голодування Сенцов почав ретельно готуватися: він відмовився від продуктових передач, придбання продуктів у магазині повністю перейшов на в'язниччну їжу і поступово зменшував її кількість. Він розрахував, що витримає до проведення Чемпіонату світу з футболу, що стартує у Росії 14 червня, а якщо помре напередодні змагання чи під час нього – це спричинить значний резонанс для інших українських політв'язнів, яких утримують у Росії.

За два тижні після початку голодування – 28 травня – Сенцову почали проводити підтримувальну терапію. Щодня йому внутрішньовенно вводять літр глюкози та вітамінних сумішей, аби підтримати функціонування внутрішніх органів.

Тюремні лікарі попередили Сенцова, що після 30 дня в його організмі можуть виникнути негативні реакції, які вимагатимуть їхнього втручання та примусового годування – зондування та заливання поживної суміші через ніс.

Із закликами до російської влади звільнити Сенцова звернулися відомі громадські та творчі діячі: режисери, актори, кінокритики, журналісти та музиканти.

Зокрема, свої звернення до режисера в рамках ініціативи ТСН #FreeSentsov записали співак Святослав Вакарчук, письменник Сергій Жадан, акторка Ада Роговцева, режисери Ахтем Сеітаблаєв, Роман Балаян, Станіслав Боклан та інші.

Долучилися до акції на підтримку українського політв'язня також російські акторки Лія Ахеджакова і Світлана Каминіна та режисер Андрій Звягінцев. На камеру вони зачитали автобіографічне оповідання Сенцова "Собака".

Американський осередок міжнародного об'єднання професійних письменників, редакторів і перекладачів ПЕН-центр напередодні старту Чемпіонату світу з футболу у РФ направив листа до адміністрації російського президента Володимира Путіна та глави ФІФА Джанні Інфантіно з вимогою негайно і беззастережно звільнити Сенцова.

Під документом підписалися 58 людей, серед яких два Нобелівських лауреати з літератури – Джон Кутзее і Герта Мюллер, всесвітньо відомі письменники Маргарет Етвуд, Пол Остер і співачка Патті Сміт.

Акції на підтримку Сенцова обіцяють продовжувати, доки режисера не звільнять. Сам режисер, натомість, не збирається відмовлятися від голодування, доки його умова не буде виконана і всі українські політв'язні не опиняться на волі.