經過杭州府審訊之後，又層層上報，楊乃武與小白菜因為已經供認，不能翻案，於是各自畫押。由於上下串通，辦事馬虎，以及官官相護的慣性思維，雖然楊乃武一案漏洞頗多，卻直到巡撫一級都全無異議。但楊乃武不服，自己作了一份親供，讓他的姐姐去告狀。狀書上呈到都察院，恰逢翁同負責此案，在仔細審閱了楊乃武一案的材料後，他很快發現了三處疑點。而這三處疑點正好和楊乃武姐姐控詞的三處疑點相符，更增加了他對此案的懷疑。為了查明真相，翁同龢訪問了部分熟悉刑律的人士以及在京的餘杭籍官員，一致認為此案有疑。同時，在京的浙江籍官員也聯名呼籲請朝廷重審楊乃武一案。在此情況下，慈禧太後下令刑部對此案進行重審。
其實，葛品連是身患頑疾抱病而死的。他雖然從發病到死亡僅僅三天時間，但是他的病情早已暴露出來。葛品連向來就有“流火風症”，即早有病根。
在後來刑部定案的奏折上清楚地寫著：葛品連死前三天，渾身發寒熱、膝上紅腫、雙腿無力，而他又不肯休息，堅持連續做工，導致病情惡化。
後來，他又在大街上吃了粉團，加重了病情，使得身體抵抗力已經很弱的他在大街上嘔吐不止，麵色發青。回到家中，葛品連即臥床發抖，又不停地嘔吐，直至口吐白沫，咽喉起痰，不能開口，最後搶救無效而亡。他發病的許多時候，都是有村民目睹的，而且葛品連的病情由輕到重，整個發展過程沒有特別突兀、急轉直下的階段，後醫生診斷為痧症，也是很有道理的。
冤案終於昭雪
翁同對楊乃武一案投入巨大關注，他幫助所有犯人證人提京審訊、對葛品連墓開棺驗屍，結果表明葛品連並未中毒，楊乃武與小白菜一案係冤案。慈禧太後諭令刑部徹底調查審辦不力的原審各官，將劉錫彤、楊昌瑞等人給予革職、充軍的處分。楊乃武與小白菜無罪釋放後，楊乃武由於足骨受傷，行走不便，以致家境困窘，隻好以賣書畫為生；而小白菜則出家為尼，不問世事。楊乃武與小白菜一案能夠翻案，全靠翁同龢的大力幫助，再加上公元1875年正是兩宮太後二度垂簾聽政不久，慈禧深知王公大臣對自己選立光緒帝、再度垂簾並不滿意，正在急於樹立威信，所以對楊乃武一案的審理也異常關注，希望人們相信她的魄力。而為楊乃武一案出力甚多的翁同龢此時正是“帝眷甚隆”的時候，因此自然比他人的幹涉更為有力。楊乃武一案雖然蹉跎久日，卻趕上了一個最好的昭雪時機，從這一點上來說，也實在算得上是“奇案”了。