در پی ترور منصور بسیاری از اعضای مؤتلفه اسلامی شناسایی و دستگیر شدند. شهید عراقی نیز در نوزدهم بهمن ۱۳۴۳، دستگیر و به شکنجه‌گاه ساواک گسیل شد. ساواکیان به سختی وی را شکنجه کردند و ناخن‌هایش را کشیدند، ولی همچنان دم فرو بست و چیزی نگفت. در واقع تا زمان دستگیری حاج مهدی، تعداد دستگیری اعضای موتلفه به ۱۲ نفر رسیده بود، ولی با دستگیری او، به دلیل مقاومت مثال زدنی در برابر شکنجه های ساواک و لو ندادن افراد جدیدی، روند دستگیری اعضای گروه متوقف شد.
از اعضای دستگیر شده این گروه، ۶ نفر یعنی بخارایی، نیک نژاد، صفار هرندی، صادق امانی، هاشم امانی و مهدی عراقی در دادگاه نظامی به اعدام محکوم شدند. با این حال، در اعتراض به صدور حکم اعدام عراقی و دیگر همرزمش هاشم امانی، حوزه علمیه قم تعطیل شد و طلاب در منزل مراجع تحصن کردند. اینچنین بود که احکام اعدام عراقی و امانی پس از اعلام یک درجه تخفیف به حبس ابد تغییر کرد و آنان به زندان قصر منتقل شدند.
سرهنگ ستاد «نصرالله توکلی»، اولین فرمانده عملیات ارتش پس از انقلاب، که در سال ۵۲ با شهید در زندان قصر همبند بود در خاطرات گفت که حاج مهدی عراقی یکسره در خدمت زندانیان بود و حتی کار پخت و پز برای زندانیان سیاسی را انجام می داد. او در زندان بیشتر وقت خود را به قرآن پژوهی می گذراند.
آزادی، همراهی با امام، یاری انقلاب
با فضای آزاد نسبی که در سال ۱۳۵۶ و در پی روی کار آمدن جیمی کارتر در آمریکا در زندان های ستمشاهی به وجود آمد، در کنار شماری از زندانیان سیاسی دیگر، حاج مهدی عراقی هم پس از سیزده سال با موهای سفید از زندان آزاد شد.