伽利略在皮柯罗米尼家中刚过了5个月，便有人写匿名信向教廷控告皮柯罗米尼厚待伽利略 。教廷乃勒令伽利略于当年12月迁往佛罗伦萨附近的阿切特里他自己的故居，由他的大女儿维姬尼亚照料，禁例依旧 。她对父亲照料妥贴，但4个月后竟先于父亲病故 。
伽利略多次要求外出治病，均未获准 。1637年双目失明 。次年才获准住在其子家中 。在这期间探望他的除托斯卡纳大公外，还有英国著名诗人、政论家J.弥尔顿和法国科学家、哲学家P.伽桑迪 。他的学生和老友B.卡斯泰里还和他讨论过利用木卫星计算地面经度的问题 。这时教廷对他的限制和监视已明显放松了 。
1639年夏，伽利略获准接受聪慧好学的18岁青年V.维维亚尼为他的最后一名学生，并可在他身边照料，这位青年使他非常满意 。1641年10月卡斯泰里又介绍自己的学生和过去的秘书E.托里拆利前往陪伴 。他们和这位双目失明的老科学家共同讨论如何应用摆的等时性设计机械钟，还讨论过碰撞理论、月球的天平动、大气压下矿井水柱高度等问题，因此，直到临终前他仍在从事科学研究 。
利略于1642年1月8日病逝，葬仪草率简陋，直到下一世纪，遗骨才迁到家乡的大教堂 。
科学的不断发展，迫使罗马教廷不得不在1757年宣布解除对哥白尼《天体运行论》的禁令;1882年罗马教皇又无可奈何地承认了日心学说 。1979年11月10日，梵蒂冈教皇J.保罗二世代表罗马教廷为伽利略公开平反昭雪，认为教廷在300多年前迫害他是严重的错误 。这表明朝廷最终承认了伽利略的主张——宗教不应该干预科学 。
新思想和方法
数学—实验方法
古希腊在物理学说方面有两大学派，一派以哲学家亚里士多德为代表，另一派则以自然科学家阿基米德为代表 。两人皆是古代希腊著名的学者，由于两人的观点和方法不同，科学结论各异，形成了鲜明的对立 。亚里士多德学派的观点是凭主观臆断的推理方法作结论，充斥着谬误 。阿基米德学派的观点完全依靠科学实践方法得出结论 。
从11世纪起，在基督教会的扶持下，亚里士多德的著作得到了经院哲学家的重视，他们排斥阿基米德的物理学，把亚里士多德的物理学奉为经典，凡违反亚里士多德物理学的学者均被视为“异端邪说” 。伽利略对亚里士多德的物理学持怀疑态度，相反地特别重视阿基米德对物理学的研究，重视数学和实验的结合 。
在伽利略的研究成果得到公认之前，物理学以至整个自然科学只不过是哲学的一个分支，没有取得自己的独立地位 。当时，哲学家们被束缚在神学和亚里士多德教条的框框里，他们苦思巧辩，得不出符合实际的客观规律 。伽利略敢于向传统的权威思想挑战，不是先臆测事物发生的原因，而是先观察自然现象，由此发现自然规律 。基于这样的新的科学思想，伽利略倡导了数学与实验相结合的研究方法 。这种研究方法是他在科学上取得伟大成就的源泉，也是他对近代科学的最重要贡献 。伽利略摒弃神学的宇宙观，认为世界是一个有秩序的服从简单规律的整体，要了解大自然，就必须进行系统的实验定量观测，找出它的精确的数量关系 。
基于新的思想，伽利略倡导了新的方法(数学-实验方法) 。用数学方法研究物理问题，原非伽利略首倡，可以追溯到公元前3世纪的阿基米德，14世纪的牛津学派和巴黎学派以及15、16世纪的意大利学术界，在这方面都有一定成就，但他们并未将实验方法放在首位，因而在思想上未能有所突破 。伽利略重视实验的思想可见于1615年他写给克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的话：“我要请求这些聪明细心的神父们认真考虑一下臆测性的原理和由实验证实了的原理二者之间的区别 。要知道，做实验工作的教授们的主张并不是只凭主观愿望来决定的 。”
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