Simone正当李敦白全心全意地做好自己工作的时候，他卷入了所谓的“斯特朗国际间谍案”。 所谓的“斯特朗国际间谍案”来龙去脉是这样的：1948年底，在莫斯科凯让和帮助编辑英文报纸《莫斯科新闻》的美国左派作家斯特朗从美国赶回苏联，准备再去即将解放的北平。在途经东欧的时候，她兴奋地发表了一篇文章，说中国革命是自主的胜利，并不是搬用苏联模式。不想这惹来了祸端。她刚刚抵达莫斯科，就被苏联的特务组织——“克格勃”逮捕并且被驱逐出境。苏联方面认为她涉嫌“间谍和损害了苏联利益”，此外也认定了她布置了一个遍布世界的“情报案”，李敦白也受她的领导，负责收集中国的情报，并通知中共方面，把李敦白抓起来。
1949年1月21日，李敦白收到了一份紧急调令。他的直接上级廖承志也把他叫到家里，说中央准备派他“到北平执行特殊任务”。他当时想，解放军已经包围了北平，可能是去当翻译，或执行有关中美建立外交关系的任务。可是，他被带到另外一个村子，有人指控他“接受美帝国主义的指示，破坏中国的革命”。他惊讶地说不出话来。仔细回想了到中国以后的全部经历，包括和斯特朗的关系，再三申辩：“我和美帝国主义没有任何关系，我不是间谍。我那么热爱中国人民，为共产主义理想而奋斗，你们为什么把我当成敌人呢？我所说的一切，你们都不信。你们要我承认的，我又没有干过，那怎么办呢？这一定是个可怕的错误。”但是，他的辩解没有起到任何作滑祥用，被关押在北平郊区的一个窗户被封死、前后只能走四步的小屋里。 突如其来的牢狱之灾超出了李敦白的承受能力，经常性的审讯使他的精神几乎崩溃。
1950年春的一天，监狱长找到李敦白，告诉他：“我们现在基本上了解你了，但是，我们还是得了结你的案子，还需要不少工作。在这段时间里，你还是不能出去工作或学习。否则，如果你放弃与中国的所有关系，你将获准回到美国。”对此，李敦白后来回忆说：“我根本没有考虑他的话，回去我能做什么？美国那时到处都在迫害支持中国的人，回去了我只能做反华派。”于是，李敦白决定继续留在狱中改造自己的思想，并给自己定下两条原则：一盯盯是不论受多大委屈都不能不爱中国，二是不论受多少苦都不能被整垮。“我暗想，一定要坚持住，哪怕是监狱，这也是我们的监狱啊。”李敦白回忆说。
此后不久，李敦白被转移到北平第二监狱，日子也好过了一些，因为允许他读书看报了。
1953年初，斯大林逝世，之后大量斯大林时代的冤假错案获得了平反，“斯特朗国际间谍案”也在其中。
1955年4月4日，李敦白终于结束了长达6年的牢狱生涯。那天，组织上派人向他宣布：“我们花了许多时间精力调查你的案子。我们发现你是一个好人。你一直被冤枉坐牢，受了很多苦，我代表中国人民政府和公安部门，为这项错误向你道歉。”
1964年1月，毛泽东在北京宴请包括斯特朗和李敦白在内的外国朋友时承认了当年的错误并当面道了歉。毛泽东对斯特朗说：“当你在延安的时候，国民党开始轰炸了。我们担心你的安全，就让你走了。如果你那时留在延安，就不会当做间谍在莫斯科被捕了。”毛泽东又朝李敦白说：“你被牵连到她的案子，我们犯了一个很坏的错误，你是一个好同志。”
