由于杨乃武之妻小杨詹氏多次在杭州各衙门鸣冤叫屈，杭州城内大街小巷传言纷纷。此事引起了当时红极一时的红顶商人、江南药王胡雪岩的关注。胡雪岩从小家境贫寒，又是学徒出身，所以对贫苦百姓生活比较关心。胡雪岩在浙江原巡抚王有龄、闽浙总督左宗棠的支持下，开办钱庄，设举洋务，后又在杭州开设胡庆余堂药店。他用钱捐了个江西候补道的功名，成为煊赫一方的官商。胡雪岩为人乐善好施，仗义疏财。杨乃武案发生时，胡雪岩正在杭州筹办胡庆余堂。胡雪岩有个西席（古时尊称授业之师或幕友为“西席”）叫吴以同，与杨乃武是同学同年，知道杨乃武平日为人正直，这次获罪一定是有人陷害，他把杨菊贞上京告状及准备二次进京的情况告诉了胡雪岩。胡雪岩大为触动，深表同情，委托吴以同把叶杨氏和杨菊贞引荐过来，答应资助他们全家进京上告的路费和在京的所有生活用度。
杨乃武家人得到了胡雪岩的资助，有了再次进京的经济能力。就在杨菊贞等人准备二次进京告御状的时候，恰好有个浙江籍的京官、翰林院编修夏同善丁忧服阙后起复回京，胡雪岩为他饯行。席间，胡雪岩、吴以同向夏同善陈述了杨乃武冤案的经过，并恳请他在京设法帮助。夏同善深为家乡有此冤案感到震惊，表示将极尽其所能帮助，并留下了其在北京的住址。
同治十三年（1874年）七月，杨乃武的姐姐杨菊贞、妻子詹彩凤及其其娘家的帮工姚士法再次进京上告。两人按照地址找到了夏同善，在夏同善的指点下，上门遍访了三十多个浙江籍的在京官员，并向步军统领衙门、刑部、都察院投递了冤状。
夏同善又与大学士翁同龢商量，翁同龢也很表同情，把本案内情面陈两宫太后，请皇上重视此案。因为有了一些同乡京官帮忙说话，这次没有押解回浙。慈禧太后下了一道谕旨，叫刑部令饬杨昌濬会同有关衙门亲自审讯，务得实情。同时又叫御史王昕到浙江私访。
杨昌濬奉谕后，并未亲提严讯，而是将此案委派给刚到任的湖州知府锡光以及绍兴知府龚嘉俊、富阳知县许嘉德、黄岩知县陈宝善共同审理此案。几个下属深知承审此案万万不能审的与上司结果不同，不然纯粹是与上司过不去，自讨苦吃。基于多种原因，这次审案并未用刑。杨乃武见此次审讯是朝廷圣旨下令，又没有动刑，知道所写申诉材料起了作用，就推翻了原来所有的有罪供认，重新说明自己与此案毫无瓜葛。小白菜也趁机全部翻供，否认自己毒死丈夫。湖州知府锡光一看情况不妙，这样下去会无法收拾，审了一次就找了个借口退出审问团。其后的几次审讯中，主要由绍兴知府龚嘉俊主审，两位知县作辅。
审来审去，杨乃武与小白菜就是不供有罪。这样一来，案件轰动了江南，由于案情复杂，当时的上海《申报》对案情作了跟踪报道，还就此案发表了不少评论，提出了很多疑问。正在此案既无法维持原来判决，又难以推翻原先审判的尴尬时候，恰逢遇到同治皇帝驾崩，又碰上全国性的考试，所以此案一拖再拖结不了案。
同治皇帝死后，光绪皇帝于次年（1875年）正月二十日继位。按照惯例，新皇帝登基继位，为显示天子的仁爱宽厚，都要大赦天下。但杨乃武与小白菜一案因审而未结，案情重大，悖逆人伦，罪大恶极，不在特赦之列。
由于案件扑朔迷离，久拖不决，社会影响又大，因此引起朝野上下的种种猜测。刑部给事中王书瑞向皇帝递呈奏折，弹劾浙江巡抚杨昌浚等人“复审案件，意存瞻徇，故意迁延时日，谋图不轨，企图将杨、毕等犯证关死狱中，即可草率结案，维持初审判决，以利考成。”，并请求重审此案。经过调查询问，慈禧太后知道王书瑞奏折中的“意存瞻徇”确非虚言，就准了王书瑞的奏折，命浙江学政胡瑞澜复审。
在清代，各省、府、县均设有学政，学政是负责当地科举考试、遴选人才等事务的官员，通常由饱学之士担任。浙江学政胡瑞澜就是一位公认的学富五车的人物，在当地也颇有些名望。朝廷圣旨钦点他负责审办杨乃武与小白菜一案时，胡瑞澜正忙于当年浙江省的考选，杨昌浚把未审结的案件卷宗、案犯及要证等转交给他时，他正忙得焦头烂额，急得一塌糊涂，直到他忙完考选事宜后，才开始着手阅览卷宗，正式审理此案。
胡瑞澜对杨乃武与小白菜连夜进行熬审，并施用酷刑。最后一堂杨乃武的两腿均被夹折，小白菜也十指拶脱，二人最终挺刑不过，只得照原供诬服。胡瑞澜在写结案报告时，因案件经多人审理，案犯、证人所供各不尽同，甚至前后矛盾。胡瑞澜在奏折中陈述案件大概时，颇费了一番心思，极力将案中矛盾之处雕饰圆滑周密。光绪元年（1875年）十月初三日，胡瑞澜结案，上奏皇帝和皇太后“此案无有冤滥，拟按原审判罚定罪”。胡瑞澜复奏时，对刘子翰的强奸，何春芳的调戏，都一概不提。
同时，胡瑞澜为了显示自己没有徇私舞弊，竟然采用了给皇帝和太后上奏《招册》的方式。他把案犯杨乃武、葛毕氏的供词和沈喻氏、王林、钱宝生等证词都详尽地记录下来，随同其审理结案报告一同上奏。按照清制，清朝巡抚、总督办理的死刑案件，不需要把犯人供述和证人证词上报朝廷，只需呈报审结报告即可。胡瑞澜胡本不用多此画蛇添足之举，他之所以上报《招册》，无非是因该案轰动朝野，影响太大，而各方倾向又反复不一，这一公开供词和证词的做法可以告知天下，该案审理过程没有舞弊徇私之处。
至此，杨乃武知是决无生望了，他在狱中作联自挽云：“举人变犯人，斯文扫地；学台充刑台，乃武归天”。因胡瑞澜是个学台，根本不知理讼，所以说他学台充刑台，冤狱难以平反。
胡瑞澜承审此案，照原拟罪名奏结后，地方士绅奉承胡瑞澜“明察奸隐”，“不为浮议所动”，“不负皇上委任”。原审各级地方官吏如释重负，弹冠相庆，设席宴客，认为从此铁证如山，不会再有反复了。
然而他们没有想到的是，胡瑞澜疏奏维持原判的审结报告和《招册》一呈递，《申报》即予以报道，立刻引起朝野上下的议论，顿时舆论大哗。有一些地方人士认为此案必有曲折隐情。于是地方上的有些举人生员以及杨乃武的好友汪树屏、吴以同、吴玉琨等三十余人首先联名向都察院及刑部控告，揭露杨乃武与小白菜一案县、府、按察、督抚、钦宪七审七决，都是严刑逼供，屈打成招，上下包庇，草菅人命，欺罔朝廷，要求提京彻底审讯，昭示天下，以释群疑。
浙江籍的京官也非常关心这一起发生在家乡轰动全国的大案，他们经综合案件主犯数次翻供，屡翻屡服，杨菊贞两次上京等各方面的情况分析判断，认为本案是一起冤案。于是十八名浙江籍京官联名向都察院提交呈状，力陈此案查究中的可疑之处，请求由刑部直接审理此疑难大案。
这时汪树屏、吴以同等的联名禀帖已到了都察院，汪树屏的哥哥汪树棠也在都察院，还有其他的一些浙江人特别是一些举人、进士、翰林，他们认为这件案子如果真有冤情而得不到，这不仅是杨乃武、小白菜两条人命的问题，而是有关整个浙江读书人的面子问题。都察院接到呈词后，立即向两宫皇太后、皇上奏请。
京中御史边宝泉也为此鸣不平，早在十月十八日就上奏说胡瑞澜与浙江巡抚杨昌浚“素日相好”，办理此案“外示严厉，中存偏袒”，并没有秉公执法，在关键情节上不加详究，模糊视听。况且，胡瑞澜本是职掌学政的文臣，从没办理过刑案，必然抓不住要害，绝难平反。请求皇上和太后审慎研究，并将该案交给刑部重新审理。夏同善、翁同龢、张家骧（张也是浙江人，当时担任翰林院编修）等亦一再在两宫前为此案说话，说“此案如不平反，浙江将无一人肯读书上进矣”。认为只有提京审讯，才可以澄清真相。