宣判后，孙小果不服，提出上诉。云南省高级人民法院经二审，维持原判对孙小果的定罪量刑。云南省高级人民法院于2019年12月23日依法公开宣判，维持昆明市中级人民法院1998年一审判决中对孙小果的定罪量刑，与孙小果新犯罪行所判刑罚合并，决定执行死刑，剥夺政治权利终身，并处没收个人全部财产，并依法报请最高人民法院核准。
最高人民法院经复核，于2020年2月12日作出裁定，核准云南省高级人民法院决定对孙小果执行死刑，剥夺政治权利终身，并处没收个人全部财产的刑事判决。
云南省昆明市中级人民法院2月20日对罪犯孙小果执行死刑。
最高人民法院复核认为，孙小果在强奸犯罪中具有强奸妇女多人、奸淫幼女、在公共场所劫持、强奸未成年女性、非法限制人身自由、当众实施强奸、强奸再犯等特别严重情节或从重处罚情节。孙小果犯罪手段极其残忍，犯罪情节极其恶劣，犯罪后果极其严重，主观恶性极深，人身危险性极大，依法应当予以严惩。云南省高级人民法院再审判决认定的事实清楚，证据确实、充分，定罪准确，量刑适当，审判程序合法，与新罪所判刑罚进行合并并无不当。
昆明市中级人民法院在执行死刑前，依法安排罪犯孙小果会见了近亲属，充分保障了被执行罪犯的合法权利。
