2021年12月28日，重庆市第五中级人民法院对案件进行一审公开宣判，以故意杀人罪判处张波、叶诚尘死刑，剥夺政治权利终身。宣判后十天内，两人提出了上诉。
二审开庭前，陈美霖收到了4封署名"张波"的狱中来信，信件落款日期分别为1月1日、1月14日、1月27日和1月5日（但其开头祝福语提到了"元宵节"，即2月5日）。在信中，张波多次表达自己的忏悔与内疚，并提出希望能得到陈美霖的回信。
收到的最后一封信中，张波在末尾写，"对于你，我想到（的）是我（被）执行后把我能留下的所有都留给你，其次就是坐二十几年牢出来后尽我所力的（地）补偿你。"
陈美霖曾表示，她不会出具谅解书，并且希望二审能维持一审原判。同时，她也做了最坏的打算，如果真的改判，她会把早已准备好的抗诉的申请材料递交上去。
4月6日上午，案件在重庆市高级法院二审开庭审理。据澎湃新闻报道，二审庭审中，张波、叶诚尘当庭翻供。张波表示孩子坠楼系意外，不是他摔下去的。叶诚尘则表示，警方恢复的微信聊天记录中的杀害两个小孩的共谋内容，只是两人冲动的商讨，并没有想去实施，并称自己有精神疾病。
对于他们的翻供及辩护人的辩解，出庭检察官通过一组组证据、视频资料予以回应。
