وفي عام 2009 تم استدعاؤها من قبل السفارة السورية في القاهرة للتحقيق معها دون السماح لوالدها بالحضور، حيث تم تحذيرها من النشر أو التواصل مع المواقع الإلكترونية والصحافية، ثم عادت إلى سوريا مع عائلتها وبقيت هناك حتى تم اعتقالها من قبل فرع أمن الدولة يوم 27 كانون الأول من نفس العام على خلفية نشرها بعض المواد السياسية. واختفت طل طوال فترة ولم يعرف اي شيء عنها لاشهر.
وفي 14 شباط 2011 حكم عليها بالسجن لمدة خمس سنوات بتهمة إفشاء معلومات لدولة أجنبية، وعلى خلفية ذلك أطلقت الولايات المتحدة الأميركية ومنظمات حقوقية عديدة نداءات تطالب الحكومة السورية بإطلاق سراحها.
وقال المرصد السوري لحقوق الانسان الخميس إن محكمة سورية أصدرت قرار عفو عن طل الملوحي المدونة السورية وذكر إن الإفراج عنها بات وشيكا.