他和其他3个同志钻了进去，其中两个是女的，在里面与军警发生了扭打。当他们被带到卫兵室等候省长的决定时，周发现大门旁的墙上靠着一个梯子。他迅速登上去，从墙头上向同学们大声喊道：“如果我们一点钟之后仍不见归来，就是失败了。大家要再接再厉，另寻办法，决不让步。”
不久，士兵和警察们闯到学生中间，用警棍抽打这一老办法来解决问题。这是一场浴血奋战，而此刻在里面的周和其他3个伙伴还未受到任何损伤。警察厅决定不经审问而无限期地拘留这4位学生领袖，并把他们隔离开来。但周发现可以在厕所里进行联系，随后他们均同意在4月初开始绝食。
这帮助了在外面的其他学生及他们的家人把这一事件和逮捕学生的真相公诸于世。他们通过报纸和其他公共出版物，很快便了解到外面仍在继续抗议。邓颖超带领一批学生到警察厅，自愿前来替换绝食的代表。
当局为开庭审理周感到烦恼，而此时周已经从单人牢房转移，和其他犯人关押在一起。他抓住这一机会，给同狱的人们灌输激进思想。他和其他3个学生即席给大家讲授经济、法律、马克思主义甚至心理学方面的知识。周后来还把在狱中写的东西编成《警厅拘留记》，在狱中每日坚持写《检厅日录》。
在“五四”运动爆发一周年纪念日那天，他们在狱中举办了一个文艺晚会。他们因陋就简，用三块门板拼到一块儿做舞台，用被子做帷幕，用人的模仿声做交响乐。周演了几出小戏，在扮演地主压迫农民以及法帝国主义的行为时，演得也很好。当他表演最后一个节目—他曾在南开中学演过的《一元钱》时，感动得狱卒们都流下了眼泪，使他们都保证今后一定要爱国。
最后一次审讯在8月份开庭。(28)周坐在“被告席”上，几个月的监狱生活使他明显地消瘦了许多。数百名朋友和同学的目光都集中到他身上。当周被问到他非法闯入省政府办公处是否属实时，周轻蔑地一笑，然后接二连三地向法官发出质问：“学生们出于爱国之心，抵制日货，维护民族利益，究竟犯了什么罪？”
“学生们到省府请愿，推举我们当代表，求见省长，这又犯了哪一条王法？”
“当局派军警用刀枪棍棒打散请愿学生，造成流血惨案，又是哪条法律有此种规定？”
“既不审讯，又不释放，无理拘留各界请愿代表达半年之久，又依据法律的哪一条文？”
……
这一连串的质问，像排炮一样，打得法官招架不住。他恼羞成怒地喝道：
“究竟是你审问我，还是我审问你？”
法官的裁决原来是准备宣判学生重刑，但他只好从违法的技术性上给予学生轻判，包括学生们事实上已在押的日子。这样大家的面子都挽回了。周的祝贺者们认为这是一个巨大的胜利，把他簇拥到汽车上，汽车上插着彩旗和鲜花。在人们的夹道欢呼声中，周随汽车一起离去了。
周对自己在监狱期间邓给他的帮助深为感动。他也突然发现有两个出乎预料的人前来欢迎他，一个是他受审中的辩护律师，另一个是南开中学的创办者之一。这两个人都是周的崇拜者，他们都对周的行为和品质产生了深刻的印象。南开大学的校董严范荪过去曾愿把自己的女儿许配给周。周婉言谢绝了。这时他仍拿出500美元，资助周到国外深造，因为当时周把个人私情看得很冷淡，而是正在积极考虑留学法国一事。送中国青年学生到欧洲勤工俭学是觉悟社关心的主要事务之一。1920年6月8日，周在狱中写的一首诗中，表达了自己展望前程的满怀**。
这是一首写给李愚如的送别诗。李是邓颖超的同学和好朋友，她在远渡重洋赴法勤工俭学之前前往狱中看望周。在一张便条中，周对愚如姑娘解释说：“你走了，不能送你，我作首诗送给你吧！今天我从下午4点半钟作起，作到6点半钟，居然成功了。这首诗的成绩，在我的诗集里，要算是‘中上’了。”周在回忆了愚如姑娘早期的事业和抱负之后写道：
三个月没见你，
进步的这般快了。
前些日子念强来说，
你要往英，
我以为不过说说。
过几天丹文又来说，
你要往法，
我也以为不过说说。
哪知不几天，
你来别我，
当面告诉我，
你能去了。
你竟去了。
述弟(29)来信告诉我，
说你给他去的信道：
“……况且我是个人，
可以做工自给的；
无论如何，
总不至饿死他乡！
你要知道：
幸福是要自己去找；
株守相等，
是没有得到一日的……”
你别时也同我说：
“……买四等票，
坐三等舱……
……勤工俭学去；