Lê Văn Luyện chịu án sơ thẩm 18 năm tù. Khi đưa ra xét xử phúc thẩm thì án vẫn giữ nguyên (18 năm tù tội giết người, 18 năm tù tội cướp tài sản, 9 tháng tù tội lạm dụng tín nhiệm chiếm đoạt tài sản. Tuy nhiên, do bị cáo gây án khi chưa đến tuổi thành niên (17 tuổi, 10 tháng 6 ngày) nên tổng hợp các hình phạt không quá 18 năm tù),[7] còn cha đẻ Lê Văn Miên chịu 48 tháng tù do che giấu Lê Văn Luyện. Anh họ Trương Thanh Hồng và Lê Thị Định bị phạt lần lượt 30 tháng, 15 tháng do tòng phạm. Lê Thành Nghi bị phạt 15 tháng, Trương Văn Hợp 12 tháng và Dương Thị Lược 9 tháng vì không muốn phản bội, tố giác Luyện.[8] Mẹ đẻ của Luyện thì không bị khởi tố. Trong quá trình xét xử có nghi vấn đặt ra liệu Lê Văn Luyện có đồng phạm hay không. Tuy nhiên hội đồng xét xử đã quyết định rằng Luyện hành động một mình[9]

Vụ án này được báo điện tử Việt Nam VNExpress xếp trong những vụ án giết người gây phẫn nộ bị xét xử năm 2012, cùng với Đặng Trần Hoài phạm tội hiếp dâm trẻ em và giết người, Nguyễn Đức Tiềm gài thuốc nổ vào xe máy, hại chết chị dâu, và Trần Thị Thúy Liễu thiêu chết chồng.[10]