雷寒隨後提出上訴，雷寒的辯護律師由徐平的北京大成律師事務所律師代替。此前，律師徐平對媒體表示，雷寒的註意力壹直集中在與孩子母親的爭執上，他誤判了旁邊的嬰兒車，以為是貨物掉下來了。從心理上來說，他不應該被認定為故意殺人，因為他害怕回監獄，沒有殺人的欲望。
2009年6月165438+10月19日，北京市高級人民法院公開開庭審理了雷寒上訴案。法庭上，雷寒的辯護人將事發時的監控錄像繪制成圖像向法庭出示，並按照時間節點進行了文字說明。他認為，事發時雷寒沒有看清楚車裏是個孩子，誤判應該是疏忽大意造成的，而不是故意殺人。他建議二審法院改判或者發回重審。
公訴人當庭發表意見時說，壹審法院裁定事實清楚，證據確實充分，當庭提出了新的證人證言。綜合各種證據判斷，上訴人雷寒在案發時具有刑事責任能力和辨認、控制能力。他明知車內有小孩，將其舉過頭頂後摔倒，已構成故意殺人罪。建議二審法院駁回上訴人的請求，維持原判。
165438+10月29日大興嬰兒墜樓案終審。
165438+10月29日上午，北京市高級人民法院對雷寒故意殺人上訴案作出終審判決，駁回上訴人雷寒的上訴，維持原判。雷寒最終被判死刑。
北京市高級人民法院認為，上訴人雷寒已被判處刑罰，仍不悔改。僅在刑滿釋放9個月後，他就故意非法剝奪他人生命，導致幼童死亡。其行為已構成故意殺人罪，情節極其嚴重，依法應予懲處。原審被告人李明明知雷寒是罪犯，仍駕車逃離犯罪現場，幫助雷寒逃跑。其行為已構成窩藏罪，應依法懲處。雷寒系累犯，依法應從重處罰，應當與前次判決未執行完畢的剝奪政治權利的余罪並罰。李明在假釋考驗期限內犯罪的，應當依法假釋，前罪尚未執行的刑罰，應當與本罪判處的刑罰合並計算。鑒於李明自首且不願讓雷寒上車，依法對其從輕處罰。
同時，雷寒的上訴理由缺乏事實和法律依據，不能成立，應予駁回。雷寒的辯護人提出的改判、發回重審等辯護意見，證據不足，本院不予采納。檢察院建議駁回雷寒上訴，維持原判，理由充分，應予采納。根據上訴人雷寒、被告人李明所犯罪行的事實、性質、情節以及對於社會的危害程度，壹審法院作出的判決定罪正確、適用法律正確、量刑適當、審判程序合法，應予維持。
法律依據:《中華人民共和國刑法》
第十七條已滿十四周歲不滿十六周歲的人，犯故意殺人、故意傷害、致人重傷或者死亡、強奸、搶劫、販賣毒品、放火、爆炸、投放危險物質罪的，應當負刑事責任。已滿14周歲不滿18周歲的人犯罪的，應當從輕或者減輕處罰。
第二百三十二條故意殺人的，處死刑、無期徒刑或者十年以上有期徒刑；情節較輕的，處三年以上十年以下有期徒刑。
第二百三十三條過失致人死亡的，處三年以上七年以下有期徒刑；情節較輕的，處三年以下有期徒刑。本法另有規定的，依照其規定。