对于雷案，“立、监两院”内的“自由分子”曾提出很多非议。胡秋原、成舍我认为：雷震书生论政，“纵使涉嫌违犯普通刑法，但究未触犯惩治叛乱条例，从而不应被认为叛乱而受军事审判”。[137]费希平于9月23日向“行政院”提出六点质询：（1）既然说雷震“散布不法言论”，何以不在文章发表时逮捕却在新党将成立时逮捕？（2）雷震只是一个手无寸铁的文人，只凭一本杂志如何能“叛乱”？像这种人都能颠覆政府，“我们的政府就是如此脆弱吗”？（3）雷震并非军人，为何以军法审判而不敢交付公开的司法审判？（4）雷震的“匪嫌”罪不能成立。如果雷震真是共产党的“间谍”，他怎么敢公开批评政府，那岂不是“愚蠢得简直无法使人相信”吗？（5）如果治安人员到处疑神疑鬼、搞得人人自危，政府的安全也就成为“空中楼阁”。（6）《自由中国》言论虽有过激甚至不妥之处，但在民主国家内是应允许这种刊物存在的。
“监察院”的陶百川、刘毓滋（青年党籍）等人也提出此案审理过程中有“颇多令人滋疑”之处，要求“监察院”行使职权，出面调查。国民党籍的“监察委员”多数不想插手此案，但为维护“监察院”的地位又无法驳回陶百川等人的要求，只能让陶百川、黄宝实、金越光、陈庆华、刘永济等组成了五人小组，代表“监察院”进行调查。调查小组要求会见四名被告，“警备总司令部”推三阻四，拒绝的理由很简单：“没有蒋总统之指示，他们不敢作主。”陶百川们则扛出《检察法》第二十六条据理力争，最后总算见到了刘子英等三人，但雷震始终未能谋面。五人小组的调查报告说，傅正告诉他们，在被捕后曾遭疲劳审讯长达19小时之久，他两次要求请律师均被驳回。刘子英则告诉他们，他不是“共党间谍”也从未做过这方面工作，他的确向雷震提过与傅学文接触的事，但只是报告性质，并非想说动雷震做共党间谍，雷震听后还大声面斥了他，由此已充分暴露此案的“罗织”和“诬陷”性质。调查报告还指出此案侦讯审理过程中有七次违法，建议向“行政院”提出纠正案。但台湾当局的最后处理意见则是：“念承办人员……用心则非无可原，故拟免于纠弹”，并宣布：“本案虽查有若干瑕疵，然尚无损于其确定性或既判力。”
1960年10月8日，雷震被判处执行有期徒刑10年。
雷案审理过程中，美国舆论持一边倒的“骂蒋援雷”态度。《基督教科学箴言报》、《邮讯报》、《华盛顿邮报》、《新共和周刊》、《堪萨斯城时报》、《纽约时报》等各大报纸都大量载文指责国民党践踏言论自由，实行警察统治。费正清、斯卡宾诺等教授投书《纽约时报》，指责台湾当局逮捕雷震“损害了美国在整个亚洲的声望”。费正清还说：“我们冒了战争危险保障台湾，只不过是为了支持一个宁愿使用不必要的警察国家方法，而不愿意健全的政治进步的独裁政权吗？”包括参议院外交委员会主席富布赖特在内的部分参议员、众议员也发表讲话，指斥台湾当局的做法。在香港、澳门和美国、日本的“自由分子”，更是对雷案义愤填膺。张君劢从美国连发两封电报，并在《公论报》上摘要发表9月19日电文：（1）抨击台湾当局拘捕雷震。（2）反对蒋经国担任重要职务。（3）要求蒋介石辞职，将其责任交“副总统”陈诚，“以达到民族复兴”。[138]旅美侨胞发动万人签名运动，要求释放雷震。1960年10月5日，左舜生、李磺等还联络香港文艺界人士多名，致函联合国人权委员会要求该会出面营救雷震。香港数十家中文报纸，除国民党控制的几家外，都持同情雷震的立场。甚至国民党CC系老将潘公展，也从美国投书香港的《上海日报》，认为国民党在雷案的种种做法，“是一件很不幸的事，也是很愚蠢的事”。
10月中旬，胡适回到台湾，多方面为雷震说话。但在强权面前，书生的言论如同隔靴搔痒，毫无作用。11月18日，蒋介石召见胡适，说：“我对雷震能十分容忍。如果他背后没有匪谍，我决不会办他……我也晓得这案子会在国外发生不利的反响，但一个国家有他的自由，有他的自主权，我们不得不照法律办。”胡适忍不住发了几句牢骚：“这个案子的量刑十四年加十二年加五年，总共三十一年徒刑，是一件很重的案子。军法审判的日子是十月一日才宣告的，被告律师只有一天半的时间可以查卷。十月三日开庭，这样重大的案子，只开了八个半钟头的庭，就宣告终结，就定八日宣判了。这是什么审判？我在国外，实在见不得人，实在抬不起头来。所以八日宣判，九日国外见报，十日是双十节，我不敢到任何酒会去，我躲到普林斯顿去过双十节，因为我抬不起头来见人。”蒋介石听了大为不悦：“胡先生同我向来是感情很好的，但是这一两年来，胡先生好像只相信雷儆寰，不相信我们政府。”胡适大惊，说：“这话太重，我当不起。”[139]次年，胡适又联络蒋匀田、成舍我、胡秋原等50余人，联名请蒋介石以“总统”名义特赦雷震。蒋介石将意见交“国防部”处理，全无下文。后来，联合国保障人权委员会致函台湾当局，请求减免雷震三分之一刑期，又被有关当局搁置毋议。这样，雷震足足坐满10年牢，出来的时候，胡适已过世八年，墓木拱矣。