Ngày 1 tháng 3 năm 2017, lúc 10h15 sáng (giờ Malaysia) tại phiên tòa luận tội, Tòa kết luận Đoàn Thị Hương đã phạm tội giết người và theo điều 302 bộ luật hình sự của Malaysia, tội này phải chịu án tử hình. Chủ tọa phiên tòa hỏi nghi phạm Đoàn Thị Hương “Cô có hiểu điều đó không?”. Đoàn Thị Hương trả lời rõ ràng: “Tôi hiểu. Nhưng tôi vô tội.”

Sau khi phiên tòa công bố cáo trạng kết thúc, Tòa công bố sẽ đưa vụ án ra xét xử vào ngày 13 tháng 4 năm 2017: “Chúng tôi cần thêm thời gian để thu thập tất cả các tài liệu cần thiết.” [23]

Ngày 12 tháng 4 năm 2017, cha của Đoàn Thị Hương, ông Đoàn Văn Thạnh, đã được gặp con gái tại nhà tù Kajang.[24][25] Ông không tham dự phiên tòa 1 ngày sau đó theo đề nghị của con gái.[26][27]

Ngày 13 tháng 4 năm 2017, tại Tòa án Tối cao Sepang, Selangor, các công tố cho biết họ chưa có đủ tài liệu cần thiết và sẽ xử tiếp vào ngày 30 tháng 5 năm 2017.[28][29][30]

Ngày 29 tháng 9 năm 2017, luật sư của Đoàn Thị Hương, ông Hisyam Teh thông báo Đoàn Thị Hương và Siti Aisyah sẽ không nhận tội trước phiên tòa xét xử sẽ diễn ra vào ngày 2 tháng 10 năm 2017 và dự kiến kết thúc vào ngày 30 tháng 10 năm 2017.[31]

Ngày 18 tháng 2 năm 2019, gia đình nghi can Đoàn Thị Hương mong ông Kim Jong-un giúp đỡ khi ông sắp sang Việt Nam tham dự Hội nghị thượng đỉnh với Tổng thống Mỹ Donald Trump.[32]

Ngày 14 tháng 3 năm 2019, Tòa án Malaysia bác yêu cầu rút lại cáo trạng và trả tự do cho Đoàn Thị Hương. Đoàn Thị Hương là nghi phạm duy nhất còn phải ngồi tù, và sẽ tiếp tục ra tòa vào ngày 1 tháng 4 năm 2019.[33]

Ngày 1 tháng 4 năm 2019, Đoàn Thị Hương tiếp tục ra toà. Toà án Malaysia quyết định cho cô hình phạt là 3 năm 4 tháng tù. Tuy nhiên, hình phạt thường được giảm bởi 30%, nên tháng 5 năm 2019, cô sẽ được thả tự do.[34]