办案过程中，警方始终未能找到小玉的发卡、眼镜、凉鞋等随身物品。询问笔录显示，李英伦曾在6月21日供述称，封女孩嘴的时候，女孩反抗得厉害，身上的东西都掉了，他把女孩抱到住处以后又回去找，没找到鞋子。这是在案证据中李英伦少有的对女孩所穿鞋子的供述。
李英伦的父母说，当年为了找到女孩的随身物品，女孩家人和警察把李英伦所住老院的厕所掏了一遍，最终没能找到。
警方还原的小玉遇害现场地形图
多次重审，从死刑改判死缓
案件破获当年，嫌疑人李英伦即被起诉和审判。2004年9月15日，衡水市检察院提起公诉，指控李英伦犯强奸罪、故意杀人罪。同时，小玉的父亲李红军提起刑事附带民事诉讼。同年11月18日，衡水中院对该案一审宣判。
一审判决书显示，法院审理查明，李英伦于2004年6月8日晚约7时40分，从自家小卖部去库房途中，见本村女孩小玉从小卖部买笔回家，遂生邪念，哄骗小玉至其库房，对小玉实施猥亵遭反抗，随后他用胶带缠住小玉的嘴，并用塑料绳捆住手脚，藏在小卖部库房内。
当晚22时许，李英伦将小玉抱至其独自居住的老院屋内实施强奸，在解开小玉嘴上胶带时小玉哭喊，便用手捂其口鼻、并用塑料绳勒系在小玉颈部，致其死亡。随后他将尸体装入塑料编织袋藏匿于自家东屋的水泥缸内。
6月10日晚，李英伦将尸体取出重新包裹后放入缸内，恐腐尸味窜出又用一新毛毯覆盖，并于当晚将小玉所骑自行车拆解、掩埋于赵庄村东卫干渠西堤上。数日后的一天夜里，李英伦又将尸体运出藏匿于肃清公路赵庄村北一过水管道内。
一审时，李英伦当庭翻供，称做有罪供述系遭公安人员刑讯逼供、诱供。对此，公安人员予以否认，法院查明后认为，公安机关的审讯录像表明讯问系依法进行，且李英伦在审查起诉阶段及辩护人会见时，均做有罪供述，供述情节一致。此外，辩护人会见笔录载明，李英伦翻供理由是畏罪怕死。最终，法院未认定公安机关存在刑讯逼供、诱供。
李英伦的辩护人王少华提出，指控李英伦犯强奸罪只有口供且已推翻，无其他证据，不能定罪。法院认为，李英伦原先多次供述对被害人实施了强奸，其供述被害人所着内衣及将内衣裹在外罩内等情节与现场勘查和尸检报告记载的情节相吻合，足以证实李英伦犯强奸罪。
对于故意杀人罪证据不足的辩护意见，法院认为，李英伦父母证实其有作案时间，现场勘查笔录、尸检报告、鉴定结论等均与李英伦原先的供述及相关证人证言相互印证，足以认定。
2004年11月18日，衡水法院作出一审判决，认为李英伦犯罪情节、后果均特别严重，对其应予严惩，认定李英伦犯故意杀人罪，判处死刑；犯强奸罪判处有期徒刑10年，决定执行死刑；赔偿李红军经济损失1200元。
李英伦对刑事部分判决不服，以其所作有罪供述是公安机关刑讯逼供所致为由，提起上诉。2005年4月11日，河北高院认为部分事实尚不清楚，裁定撤销原判，发回重审。同年7月，衡水中院重审宣判，认为李英伦犯强奸罪的证据不足，不予支持，以故意杀人罪判处李英伦死刑，缓期二年执行。
一年后，2006年8月11日，河北高院以原审法院审理此案时有违反诉讼程序的情形，再度发回重审。2006年8月庭审时，李英伦当庭表示，自己在公安机关诱供下交代的作案细节，“我知道埋尸体的大概位置，（是因为）公安人员先给我把话说明了，让我供述”。公安人员出庭自证未实施刑讯逼供，李英伦则说，为了让其交代作案情节，公安人员曾采取了用绳子捆绑自己，强迫下跪，不让睡觉，用木棍敲打大腿内侧的行为。
此次重审开庭，李英伦的辩护人王少华向法院提交了一份证言作为李英伦遭刑讯逼供的证据。与李英伦同号关押的一个犯人证明，李英伦被抓捕七八天后才被关进看守所。这一证据与在案材料存在冲突，警方坚称在2004年6月21日将李英伦拘留并送看守所关押。
衡水中院认为，李英伦称遭公安人员刑讯逼供、诱供，但不能提供相关证据，其辩护人虽提供一份证人证言，但无其它证据佐证，李英伦的辩解不成立。2006年11月，衡水中院判处李英伦死缓。
李英伦再度上诉后，2007年10月18日，河北高院作出终审裁定，认为原判决认定事实和适用法律正确，量刑适当，审判程序合法，驳回上诉，维持原判，并核准以故意杀人罪判处李英伦死缓。
警方认定小玉回家时经过李英伦家库房，但李英伦家属称，这条路不是小玉回家的最优路线
判决下达后，李英伦和其家人一直在申诉。其家人和律师均对法院认定的作案时间、作案过程存有疑问。
李英伦的家人介绍，法院认定李英伦作案的时间是2004年6月8日晚7时40分，此时他从自家小卖部离开前往库房，路遇小玉后，一步步实施犯罪，但当年李英伦的供述和父母的证言相互印证，均称李英伦离开小卖店的时间是晚上8点左右。庭审中，法院采信了李英伦的口供，但法院认定的作案时间和其口供中的出门时间存在矛盾。
李英伦在申诉书中回忆，因为是麦收季节，农民都关注天气，他清楚地记得，小玉从小卖部离开时，电视机上正在播中央电视台的天气预报，小玉离开的时间不会晚于7点35分。
在案证据显示，李英伦供述的前往库房的经过和时间，和其父亲所述一致。李英伦父亲曾向警方讲述，案发当晚，他走到库房门前发现忘带钥匙后返回小卖部，恰巧遇上几拨客人，才让儿子跑趟库房。等李英伦推车出门时，时间已到晚上8点左右。
对于小玉出现在库房门口的认定，李英伦和家人至今也存有怀疑。他们解释，从自家小卖部到库房的路是一条胡同，并不是小玉回家的最优选择。如果走另一边的公路，小玉回家的距离只有百米左右，她没有理由出现在这条胡同小路上。因为没有监控视频及其它材料的佐证，法庭最终没有采信李英伦一家的表述。
法院还认定，案发当晚22时许，李英伦将小玉从库房抱至独居老院强奸杀害。李英伦父母和律师至今觉得这一作案过程不可能完成。当时，小玉父母已经报警，亲属和村民都在全村村口守着或寻找，李英伦父亲说，“儿子住的老院子临着大街，街上有看守晾晒麦子的村民，街上还亮着路灯，此时作案太明显了，但当时没人发现异常。”
在李英伦一家和辩护律师看来，藏匿、拆解自行车的过程也存有疑点。2004年6月21日，李英伦在供述中称，自己将自行车推出村外，扔到沟中，但侦查人员在那里没有任何发现。2004年6月25日，自行车在村东河坝被找到，当晚，李英伦在讯问时改口称，此前供述并不属实，实际上，2004年6月8日案发当晚，他先将自行车藏匿在村西小树林，6月10日晚用自家工具将其拆解后，才埋在了村东河坝上。此后，李英伦一直保持这一供述，警方也认定其如实交代。
申诉书中，李英伦推翻了藏匿小树林的说法，他解释，小玉失踪后，2004年6月9日，他和警察、小玉父亲、村民李平等人一同在全村进行搜查，在搜查小树林时，并未看到涉案自行车。
村民李平告诉深一度，当年，他确实和李英伦一组在村中搜查，凡是能藏人的屋子、学校、树林都搜查得很仔细，村西的那片树林不大，当时确实没看到树林里有自行车。
此外，法院认定李英伦曾将尸体藏匿水泥缸，但除了李英伦的口供，在案材料中没有水泥缸的相关侦查证据和线索。李英伦质疑，在藏匿期内，警方曾按照路线逐户排查，“连放有小麦的水泥缸都用木棍插了一遍，为何没有在水泥缸中发现尸体？”
李英伦的父亲清晰地记得，2004年6月9日下午，警察带着家属去老院子搜查，他配合警方开了门。小玉的父亲、两个姑父和警察一起，将几间房子都搜了一遍。后来被认定藏尸的房间，一开门就是两口水泥缸，没有其它大件的物品。11日，女孩父亲、姑父拿着一两米的铁棍，在院子里搜得很仔细，“柴火堆、装粮食的缸也都捅一捅”。
在一次庭审中，李英伦的辩护人王少华曾询问了侦查人员搜查的情况，侦查人员承认，孩子失踪的第二天他们曾去李英伦住处详细搜查，但没有搜到。王少华认为，按照公安机关认定的犯罪过程，当时女孩的遗体还存放在李英伦家的水泥缸中，他认为，如果李英伦真的在缸内藏尸，不太可能躲过搜查。
李英伦在申诉书中质疑，如果自己曾多次将尸体拖出放入缸中，编织袋与缸口发生摩擦必定会有磨损痕迹，缸口也会沾有碎末。另外，当时气温较高，在缸中存放多日的尸体必定腐烂发臭招来大量苍蝇产生蛆虫，而侦查人员却没有任何发现，警犬对此也无反应。
对于这一情况，小玉姑父称，当年参与搜查时没有想到孩子遇害，“只是（在现场）转了转，看一看，没有特别注意水泥缸”。
法院认定，李英伦杀害小玉后曾将其尸体藏于图中所指的水泥缸内，但除口供外，在案材料里并没有相关的生物提取物
没有生物提取物的物证
入狱后，李英伦本人写过多份申诉状，最长的一份材料长达11页。
李英伦认为，警方在家中搜到的“毛毯”被作为定罪的关键证据，存在疑问。李英伦说，第一次开庭时，公诉机关将毛毯作为证据当庭展示，毛毯散发着强烈腐臭味。他在申诉书中提到，被抓当日他曾抱过毛毯，但他当时没有闻到任何气味。
李英伦质疑，如果事发后4个月毛毯仍有浓烈气味，为何侦查人员第一次入户搜查时没有发现异常？当庭展示证据时，他看到毛毯和被害人尸体包裹物混放在一起，更对气味来源存疑。
李英伦父母告诉深一度，当年，村支书跟着警察一起进屋搜查，村支书曾和他们说，毛毯整整齐齐地装在纸盒里，“根本没有臭味，可能受潮后有点霉味”。记者了解到，该村支书已经去世，无法出面作证。
律师王少华称自己见过村支书，他记得，村支书看了判决书认定的作案过程后曾说，在当时大力寻找、把守和搜查的情形下，李英伦不太可能穿过胡同抱女孩回家、转移尸体再转移自行车。
除了毛毯外，法院认定事实依据的物证还有包裹尸体的塑料布和用来剪断自行车的钳子。警方侦查发现，包裹尸体的塑料布上沾有白色的附着物碳酸钙，他们在李英伦住处也发现带有白点的塑料布，并作为证据提取。案件审理时，律师王少华曾取得村支书和多位村民的证言，证明沾有白灰的塑料布在村民家中很普遍。申诉律师赵琮认为，仅因附着成分一致，就认定两塑料布系同一来源，这样的联系不够紧密。
在警方取证的钢丝钳等物证上也存在类似的问题。物证检验意见书显示，鉴定人员将被剪断的自行车辐条和用李英伦家钢丝钳所剪断铝片对比，二者痕迹部分线条在流向、凹凸趋势上有相似反应，“不能排除是该钳形成了辐条断痕”。李英伦的两位律师均认为，钢丝钳是农民都有的生活常用品，刑事案件中，这种“不能排除”的鉴定结论几乎没有任何证明效力，无法直接作为定案的依据。
至今，38岁的李英伦已服刑17年，狱中的他和监外的父母一直坚持申诉。这些年，李英伦父母先后向河北高院、河北检察院递交材料，但申诉均被驳回，后申诉至最高院。
2021年，他们等来了进展。李英伦的父亲说，2021年下半年，河北高院曾派人到赵庄村询问情况，重新走访当年现场。当年被判死缓的李英伦由于在狱中表现良好，先后获四次减刑，将于2028年6月23日刑满释放。
另一边，案件发展至今，小玉的家人也难以接受“凶手”将会出狱的事实，“先是判了死刑，后来成了死缓，现在（被告）又快出来了”，小玉的姑姑哽咽着说，小玉爸爸的心脏一直不好，一提起这件事儿仍会失眠。
小玉的姑姑认为案件比较明确，“警察搜索到了证据，调查得也应该很详细、很清楚”。姑姑说，家人们提起小玉时仍觉得很痛苦很惋惜，“谁想起俺的孩子不觉得冤，这是一辈子抹不去的痛。”
如今，小玉的爷爷仍在村中居住，小玉的父母最近几年因为做生意，搬到了镇上，偶尔回到村里。小玉去世、李英伦被抓后，两家人曾有过一次冲突，那之后，双方都刻意保持着距离，再无来往。
