Еще в начале 40-х она познакомилась с композитором Александром Рязановым, стала вокалисткой в его джаз-квартете. Когда начались притеснения матерей-одиночек, Рязанов предложил ей расписаться. Однако от тюрьмы это ее не спасло. Зою Федорову арестовали за связь с иностранцем Тэйтом и на многие годы разлучили с дочерью. Более полугода она провела во внутренней тюрьме на Лубянке, где ее методично подвергали систематическим издевательствам. 15 августа 1947 года Федорова и еще шесть человек были приговорены за шпионаж в пользу иностранных государств к 25 годам тюремного заключения. После приговора Федорова пыталась покончить с собой в камере лефортовского тюремного изолятора, однако бдительные надзиратели помешали ей довести дело до конца. Сначала ее содержали (как написано в биографии) в Верхнеуральской тюрьме, затем перевели в знаменитую «Владимирку». Там она какое-то время сидела в одной камере с певицей Лидией Руслановой.
После смерти Сталина Федорова провела в тюрьме еще два года. Наконец, в феврале 1955-го она вышла на свободу. Вернувшись в Москву, она оказалась совершенно одна. Квартиры не было, а директор киностудии «Мосфильм» ее просто выпроводил, так как у нее не было реабилитационных документов. Единственным человеком, который тогда приютил ее, была ее тюремная подруга Лидия Русланова. У нее Федорова и жила первое время после освобождения. Потом ей помог Сергей Михалков, с которым она была знакома. Он пригласил ее к себе домой и дал две тысячи рублей. Это был царский подарок для женщины, у которой за душой не было ни гроша. А затем состоялась долгожданная встреча Федоровой с девятилетней дочерью Викторией.
