ساسان آقایی نخستین بار پیش از انتخابات سال ۸۸ و در سالگرد بزرگداشت کشته‌شدگان حادثه ۱۸ تیر سال ۱۳۷۸ توسط نیروهای امنیتی بازداشت شد. او برای پوشش خبری سالگرد حادثه‌ی ۱۸ تیر از سوی روزنامه مأموریت داشت.

ساسان آقایی را پس از بازداشت به بند ۲۴۰ زندان اوین منتقل کردند. او مدت ۱۶ روز را در زندان انفرادی گذراند تا با تلاش‌ها و پیگیری‌های خانواده‌اش آزاد شد.

دومین بازداشت ساسان در نخستین روز آذر ۱۳۸۸ و در پی رخدادهای سال ۸۸ ایران انجام گرفت. این بار او که باوجود احضار و فشار وزارت اطلاعات زیر بار تکذیب امضای نامه مشهور به «۲۹۳ نفر» خطاب به مراجع تقلید نرفته بود، در خانه خودش و از سوی نیروهای امنیتی بازداشت شد.

این نامه که به امضای روزنامه‌نگاران داخل کشور رسیده بود، برای نخستین بار از انتخابات ۲۲ خرداد ۸۸ و حوادث در پی آن، با عنوان «کودتا» یادکرد و خشم محافل قدرت و کادرهای امنیتی را برانگیخت و منجر به احضار گروه زیادی از روزنامه‌نگاران از سوی وزارت اطلاعات شد.

ساسان در این دوران، بیش از ۴۰ روز را در انفرادی‌های بند ۲۰۹ گذراند. پس از انفرادی نیز ۵۰ روز در بندهای چندنفره‌ این بند امنیتی بلاتکلیف بود تا سرانجام با ارسال پرونده وی به دادگاه، به بند ۳۵۰ انتقال یافت.

ساسان آقایی در این دوران، نامه ای نوشته بود مبنی بر اینکه اگر بازداشت شد، هرگونه ابراز ندامتش در زندان را باور نکنند. این نامه در دوران ۱۳۰ روزه زندان وی منتشر شد که در بخش‌هایی از آن آمده بود: «هم‌میهن ارجمندی که این نامه را می‌‌خوانید، لازم است بدانید که تنها محل درآمد من تا به امروز دستمزد ناچیز روزنامه‌‌های داخل کشور بود و حتی یک شاهی پول سیاه هم از رسانه‌های اینترنتی و سایت‌های و رادیوها و تلویزیون‌های خارج از کشور دریافت نکرده‌ام. خوشبختانه تا به امروز هرگز ملاقاتی با فردی خارجی نداشته‌ام و به همین ترتیب برای آنچه تیغ‌کشان شب‌پرست آموزش انقلاب مخملین می‌خوانند، پاسپورت سفر در اختیارم نبود. اتهام احتمالی ارتباط با رسانه‌های بیگانه‌ی بنده نیز چنان دارای بنیانی قوی و راستین است که برادران هر چه گشتند، آثاری از گیرنده‌ی ماهواره‌ای نیافتند و گویی از این‌که ماهواره‌ای در کار نبود بسیار نیز ناخشنود بودند!»

انتشار این نامه یکی از دلایل طولانی شدن بازداشت وی بود و با ارسال پرونده ساسان به شعبه ۲۸ دادگاه انقلاب که قاضی ، مقیسه بر آن ریاست دارد، تلاش شد، تا از آزادی این روزنامه‌نگار جلوگیری شود.

بااین‌وجود تلاش وکیل او محمد مصطفایی نتیجه داد و بازپرس پرونده درباره اتهام نشر اکاذیب منع تعقیب صادر کرد. اما با توجه به اتهام تبلیغ علیه نظام پرونده وی به شعبه بیست‌وهشت دادگاه انقلاب ارسال و کیفرخواست تازه‌ای علیه وی نوشته شد. با توجه به طولانی شدن زمان بازداشت و این ماده‌قانونی که حداکثر مدت بازداشت نمی‌تواند از حداقل حکم اتهام انتسابی بیشتر باشد، ساسان آقایی پس از تحمل ۱۳۰ روز حبس با تودیع وثیقه ۵۰ میلیون تومانی به‌طور موقت از زندان آزاد شد.

نامه تودیع وثیقه ساسان در روز بیست و ششم اسفندماه از سوی قاضی مقیسه صادر شد اما مسئولان زندان اوین از آزادی او در آستانه سال نو سرباز زدند و روز هشتم فروردین‌ماه تن به آزادی او از زندان دادند. پس از آزادی، در دادگاهی چنددقیقه‌ای او به یک سال حبس تعزیری محکوم شد که دادگاه تجدیدنظر با توجه به گذراندن بخش زیادی از این حبس، ادامه زندان او را برای مدت پنج سال به تعلیق درآورد.

وی مجددا هشتم بهمن 91 به همراه برخی روزنامه نگاران بازداشت و به سلول‌های انفرادی بند ۲۴۰ انتقال یافت. دوره بازداشت سوم ساسان، ۳۸ روز طول کشید و وی تمام این مدت را در سلول انفرادی گذراند.

او جزو آخرین گروه آزادشدگان از ۱۷ روزنامه‌نگارانی بود که در بهمن ۹۱ بازداشت‌شده بودند. تمامی آن‌ها با تودیع وثیقه‌های ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیونی آزاد شدند و این پرونده کماکان مفتوح است. 

این روزنامه‌نگار عصر شنبه ۲۱ مردادماه ۱۳۹۶ مجددا ، با حکم دادسرای فرهنگ و رسانه در تحریریه روزنامه اعتماد بازداشت و پس از تفتیش خانه، او را به زندان اوین منتقل شد. خانواده ساسان آقايي، ۱۰ روز پس از بازداشت او، خواستار تسريع در روند رسيدگي به پرونده او شدند.

مادر ساسان آقايي در گفت‌وگو با روزنامه اعتماد، گفت: «پس از بازداشت او، در روز تفهيم اتهام ساسان را در دادسرا ديديم كه قويا عنوان مي‌كرد هيچ كار خلاف قانونی مرتكب نشده است.»  او همچنین گفت ماموران مانع از ملاقات حضوری و تماس تلفنی او با فرزندش شده‌اند و به او گفته‌اند: «چون پرونده در مراحل تحقيق است و طبق قانون متهم نمي‌تواند ملاقات حضوري يا تماس تلفني داشته باشد، از چنين امري جلوگيري كردند.» هنوز دلیل بازداشت و اتهام وی مشحص نیست.