Ngày 4 tháng 6 năm 2012, Lê Văn Luyện đến Trại giam số 3 thuộc Tổng cục 8, Bộ Công an để thụ hình cải tạo. Khi mới nhập trại, Luyện không chấp hành ký luật. Theo Luyện, điều này là do "những suy nghĩ tiêu cực" do các "đại ca" trong trại giam gây ảnh hưởng lên Luyện.[17] Sau đó Luyện có nhiều thay đổi. Ngoài giờ lao động cải tạo, Luyện còn đọc sách về đạo Phật, Kinh Dịch và Khí công. Luyện cũng bày tỏ mong muốn sau khi ra trại được làm nghề Đông y, chữa bệnh cứu người, chuộc lại lỗi lầm.[17] Hưởng ứng việc phát động "viết lời xin lỗi", Luyện viết một bức thư dài hai trang A4 gửi nhân thân của bị hại.[18] Luyện đã có rất nhiều biến đổi sau quá trình thụ án.[19]