Một tiếng sau, Thế tỉnh dậy, nảy sinh ý đồ trộm tiền nhà anh Trần Phi H (ngụ cùng địa chỉ), vì nhà anh này mới bán bắp. Do bị cháu H (thời điểm này 13 tuổi, con anh H) phát hiện nên Thế đã ra tay sát hại bé gái.
Xử sơ thẩm, TAND tỉnh Đắk Lắk tuyên phạt tù chung thân đối với Tưởng Đăng Thế về tội giết người. Sau đó, TAND Cấp cao tại Đà Nẵng y án sơ thẩm.
Tuy nhiên, theo Hội đồng Thẩm phán TAND Tối cao, tòa sơ thẩm và phúc thẩm kết án bị cáo Tưởng Đăng Thế về tội giết người là chưa đủ căn cứ vững chắc; qua đó, chỉ ra 11 điểm mâu thuẫn, thiếu sót và vi phạm tố tụng ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc xác định các tình tiết khách quan của vụ án và xem xét, đánh giá về trách nhiệm hình sự của bị cáo.
Đó là, lời khai của Thế và người làm chứng (nhất là bà Nguyễn Thị Loan, nhân chứng) còn chưa thống nhất, có nhiều mâu thuẫn với nhau và mâu thuẫn với các tình tiết khác; quá trình điều tra có vi phạm nghiêm trọng về thủ tục tố tụng.
Quá trình điều tra vụ án, Thế có 12 lời khai, trong đó có bảy lời khai nhận tội và năm lời khai không nhận tội. Tại các lời khai nhận tội của Thế, đều do các điều tra viên Dương Thế Bình và Phan Thanh Cường lấy lời khai (bút lục số 73, 75, 77, 79, 83, 87 và 93). Tuy nhiên, Thế khai chưa thống nhất về tuần tự thực hiện hành vi phạm tội.
Thế còn khai, quá trình điều tra do không nhận tội giết cháu H nên trong các ngày 25, 26-1-2006 và ngày 6, 12-4-2006, Thế bị ĐTV Dương Thế Bình đánh đập, ngoài ra không còn lần nào khác và ai đánh Thế nữa (BL116). Quá trình xét xử và xác minh giám đốc thẩm, Thế khai bị cán bộ điều tra đánh đập, ép cung nên mới khai nhận tội.
Trên cơ sở đối chiếu các chứng cứ có trong hồ sơ vụ án, Hội đồng thẩm phán TAND tối cao cho rằng việc Tưởng Đăng Thế bị điều tra viên đánh khi hỏi cung ngày 12-4-2006 là có thật. Tuy nhiên, trong các ngày lấy lời khai Thế trước đó (nhất là ngày 25, 26-1-2006), thì Thế có bị đánh đập, ép cung, mớm cung hay không cần phải điều tra làm rõ, để đánh giá tính khách quan, trung thực trong lời khai nhận tội của Thế cũng như kết quả thực nghiệm điều tra.