刘锡彤将小白菜带回县衙后，先吃过午饭，稍事休息后，立即升堂审案。他早有成竹在胸，认为很快就能破这起奸夫淫妇下毒谋害亲夫案，因而一上来就威逼小白菜交代毒死丈夫的情形。小白菜大呼冤枉，坚称自己毫不知情，既不知道丈夫是服毒身死，也不知道毒药从何而来。

刘锡彤审问了一个下午，案情依然毫无进展。他有些着急起来，终于忍不住直接问起小白菜与杨乃武的关系来。其实，杨乃武才是他最最关心的主题。他虽然年近七十，年纪老迈，可并不糊涂，如此迫切地将传闻混同于事实，急不可待地要将杨乃武扯进来，只因为他跟杨乃武早有宿仇在先。

刘锡彤，天津盐山人，道光丁酉科顺天乡试举人，之后多次会试不中，只好在地方上当了一名小官。他最早在余杭城外的关卡任税吏，是个九品小官，品级不高，但却颇有实权，掌管着来往客商的船只课税。他借着职务之便，经常对商人横征暴敛，大行敲诈勒索之事。当时杨乃武还是个秀才，因为富有正义感，生性好事，平日看到地方上不平之事，总是好管多说，伸张正义。他对刘锡彤的所作所为很是看不惯，一直想找机会教训一下对方。

正好当时余杭要修桥铺路，杨乃武主动向余杭知县请缨到杭州府采购基建材料。办完事后，杨乃武又去拜会与自己有师生之谊的杭州知府，以修桥铺路是为地方造福为由，请求老师开了一张州府免税公文。回到余杭关卡时，杨乃武佯称自己是商船，刘锡彤的手下便索要高价税银。杨乃武称要回去取银两，将货船抵押在关卡处。但他却没有回家去取税银，而是将免税公文撕成两半后又来找杭州知府。见面后，只拿出半张公文，谎称另半张被欲扣船敲诈的刘锡彤撕去，剩下的半张还是自己好不容易才抢夺回来的。杭州知府得知后勃然大怒，认为刘锡彤撕毁公文，是藐视自己的权威，立即发火签将其免职。

刘锡彤就这样丢掉了官职。过了很久，他才知道是余杭秀才杨乃武从中捣鬼，从此怀恨在心，发誓要报复。以致后来他花五千两银子再捐官时，也一定要做余杭知县，就是为了寻找机会对付杨乃武。不过杨乃武多年来为当地百姓做了不少实事，已经是余杭名震一方的人物，又常把官绅勾结、欺压百姓等事编成歌谣。对于这样一个名气很大的秀才，官府除了说他“惯作谤诗、毁谤官府”外，也无可奈何。

前面曾经提到过，余杭仓前镇是漕米集中的地方。清朝征收粮米，历来陋规极多。比如粮胥量米的时候，斛上之米要堆砌成尖，然后粮胥用脚踢三次斛，溢出之米称为耗米，不许交粮的百姓扫取，而是要充公以弥补储运损耗。后来朝廷意识到积弊，明令禁止“脚踢淋尖”，且溢米准由粮户扫取，但唯独仓前积弊照旧。由于受欺负的都是些中小粮户，他们叫苦连天。性情豪爽耿直的杨乃武看到后很是不平，不但代他们交粮米，还代他们写状子，向衙门控告粮胥克扣浮收，请求官府剔除钱粮积弊，减轻粮户额外负担。结果被控告的仓前粮胥何春芳（即逼奸小白菜未遂之人）反咬了杨乃武一口，说他有意鼓动农民抗粮不交，代农民包交漕米是为了从中牟利。知县刘锡彤如获至宝，立即传讯杨乃武，不料杨乃武据理力争，侃侃而谈，让刘锡彤伺机报复的计划破产，最后只说他“吵闹公堂，目无王法，面加斥逐”。有刘锡彤的庇护，粮胥何春芳舞弊照旧。杨乃武气愤下，写了一副对子“大清双王法，浙省两抚台”，半夜贴在县衙墙上。

这件事后，知县刘锡彤和粮胥何春芳均恨杨乃武入骨。但杨乃武有才又有财，始终没有什么把柄落在他们手中，现在又高中了举人，成为天子门生，要加害更是难上加难。不料天下掉下来个葛品连小白菜事件，成了他们最好的报复机会。最初，刘锡彤听到陈湖大谈杨乃武与小白菜扑朔迷离的绯闻以及合谋杀夫的嫌疑时，表面不动声色，内心却早已窃喜不已，暗道：“好你个杨乃武，这下你终于落到我手里了！”

不过无论刘锡彤如何威逼利诱小白菜交代与杨乃武的私情，小白菜只承认自己与杨乃武不过是房东与租客的关系，别无私情，杨乃武和自己均与丈夫葛品连的死无关。刘锡彤反复询问所谓奸情，却始终问不出头绪，他再也忍耐不住、正准备下令对小白菜用刑之时，一旁的捕役阮德（其姐阮桂金与粮胥何春芳有私情）叫住了他。

回到后堂，刘锡彤才得知自己的亲生儿子刘子翰曾经诱奸过小白菜，事情立即变得复杂起来。

当天晚上，刘子翰、何春芳派阮桂金到监狱中诱骗小白菜说：“葛品连是被毒死的，验尸已经明确。外面都传说是你谋杀亲夫，罪名一成立，你就要被凌迟处死。要想活命，只有说是别人叫你毒死的。你在杨乃武家住过，外面早就说你和他有关系，如果你说出是杨乃武叫你毒死的，你就不会得死罪了。杨乃武是新科举人，有面子，也不会死，也不过就是把举人的头衔革掉，明年再考，还是举人。”又恐吓小白菜不得说出刘子翰之事，不然就要让她罪上加罪。小白菜已经吓得六神无主，也不敢回答。

第二天一早再次过堂，刘锡彤依旧逼问小白菜奸情和毒药的事，小白菜照旧说不知情。刘锡彤就叫动刑。据《申报》记载，刑罚不但用到了拶刑（夹手指的刑具），甚至还有传说中最为恐怖的“烧红铁丝刺乳，锡龙滚水浇背”，即用烧红的铁丝刺穿犯人的乳房，将滚烫的水浇在犯人背上。小白菜几次昏死过去，终于熬刑不过，按照阮桂金教的话招认了。供状大致如下：自我租住杨家，杨乃武便对我有意思。刚开始他还有所顾忌，后来他第二任妻子大詹氏因难产去世后，就多次调戏我。同治十二年（1873）九月二十八日傍晚，丈夫去了店里，杨乃武又来调戏我，我素念杨乃武风流儒雅，把持不住，同意其要求。此后，两人一有时机，便行苟且之事，不计次数。次年搬离杨家后，两人仍有来往，被丈夫察觉。八月二十四日，丈夫以我腌制咸菜迟误生气殴打，我剪落头发哭闹。杨乃武寻机过来劝慰，说要娶我为妻，我以有夫拒绝，杨就劝我毒死丈夫，并说过门后与原妻地位身份一样，不分妻妾、大小，我也就应承下来。十月初五日傍晚，杨乃武来到我家，交给一包砒霜末，嘱咐我寻机下手。十月初九日上午，丈夫因流火疾返家，要我买东洋参和桂圆煎汤服用，我就将砒霜倒入汤中，丈夫吃下就死了。

小白菜招供时，已经是十月十一号的晚上。刘锡彤心花怒放之下，不顾夜色已深，派捕役阮德带人去抓捕杨乃武。杨乃武一家已经睡下，被阮德敲门敲醒，刚一开门，就被五花大绑了起来，押到县衙门。刘锡彤不顾年事已高，连夜鞫问。杨乃武本来脾气就硬，深更半夜又被人莫名其妙地绑到了衙门，正是一肚子火，不但坚决否认与小白菜通奸害人之事，还对刘锡彤极尽嘲讽，说他半夜派人强闯民宅，拘系文人，有违大清律例。刘锡彤拿出了小白菜的口供，杨乃武更是怒斥刘锡彤凭空诬陷。刘锡彤很是恼火，但杨乃武考中举人，已经是有功名的人，清朝制度规定对有功名之人不得施加刑罚。刘锡彤一时拿杨乃武没有办法，只好将他先押入大牢。

杨乃武被关了起来，暂时失去了自由。他虽然十分气愤，但却依旧自信，自认为三日之内必能走出大牢，因为他看到了小白菜供词中有“十月初五日杨乃武亲自交给我砒霜”一说，而刚好十月初五那天，他并不在余杭城内。

原来当时杨乃武岳父詹耀昌已经病故，虽已落葬，但并未除灵，定好十月初三除灵，十月初五举行过继礼，将詹善政（詹耀昌兄子）过继给詹耀昌为嗣子。十月初二，杨乃武赶到杭州城办理中举事宜（中举者须在张榜后两三个月内办理确认和报到手续，否则将视为弃权处理），初三离开杭州城，直接赶往南乡詹耀昌家祭奠。与他一同前往的还有监生吴玉琨（詹耀昌的干兄弟）、沈兆行、孙殿宽等人。此后，杨乃武一直呆在岳父家。十月初五举行詹善政的过继礼时，在场的杨乃武、吴玉琨、沈兆行、孙殿宽、杨乃武的堂兄杨恭治等人都在过继书中画押作证。直到十月初六，杨乃武才返回余杭家中。正因为有许多人证，杨乃武有恃无恐，他坚信刘锡彤的诬赖根本无法得逞。

另一边，刘锡彤也在积极行动，十月十二号一早，他便将连夜写好的呈文送报杭州知府陈鲁，称杨乃武涉嫌通奸谋毒，要求革去其举人身份。按照清朝制度，革去功名需由巡抚上报朝廷具题。陈鲁与刘锡彤关系密切，见刘锡彤一再强调事关重大，也极为重视，立即呈报给浙江巡抚杨昌浚，再由杨昌浚向朝廷具题。吏部接受具题后，研究是否批准革去杨乃武举人时，同治皇帝知道了此事。这位皇帝自登上皇位那一天起，便一直生活在其母慈禧太后的阴影下，处处受到掣肘。不过他有一位很好的皇后阿鲁特氏，帝后感情很深，因而最恨奸夫淫妇这类的事，便亲笔在杨昌浚的具题上批道：“杨乃武著革去举人，其因奸谋死本夫情由，著该抚审拟。”

在批文下达前，监生吴玉琨、詹善政等人联名向刘锡彤递交了公禀呈词，联合证明杨乃武十月初五人在南乡，根本不可能当面交给小白菜砒霜。刘锡彤便安排杨乃武与小白菜当面对质。小白菜害怕受刑，一口咬定原供属实。杨乃武当场破口大骂，怒斥小白菜信口雌黄。小白菜默然低头，内心无限愧疚。由于革除杨乃武功名的批文还没有到达，刘锡彤不便对杨乃武用刑，但认为根据小白菜的供词已经开始定案，便当场判定吴玉琨等人是作假证以为杨乃武开脱，只将结果详报上司杭州知府陈鲁。

十月二十日，刘锡彤将人犯杨乃武、小白菜，人证喻氏、王氏、詹彩凤等及相关卷宗解押到杭州城，但却有意扣押了吴玉琨等人递交的杨乃武十月初五不在余杭的证词，没有上交。不但如此，刘锡彤还亲自赶到杭州，上下活动，将小白菜“十月初五日杨乃武亲自交给我砒霜”的供词改成了十月初三。

杭州知府陈鲁是靠军功起家，最看不起文人，认为他们只会吟风弄月、聒噪惹事。对于杨乃武之名，他也早有所闻，据说此人恃才傲物，好议短长，且惯作谤诗，毁谤官府，还曾经在仓前镇率领粮户闹粮，因而他一开始就对杨乃武印象极坏。刚好此时，朝廷革除杨乃武举人身份的批复已到，陈鲁一开始审讯，不问其他人，先逼取杨乃武的口供。杨乃武依旧傲气十足，拒不招供，陈鲁便命人对其严刑拷打。凡是杭州府有的酷刑都使出来了，如杖打、上夹棍、跪钉板、跪火砖、吊天平架等等。杨乃武本来恨极小白菜攀诬自己，在刑讯中几次死去活来后，才对小白菜的处境有了刻骨的体验。在那样的折磨下，他唯一的想法就是只求速死。最终，他如同小白菜一样，也没能熬住酷刑，被迫诬服招供。

涉案的两名犯人均已经招供，剩下就是追查毒药的来源——杨乃武是在哪里买的砒霜。杨乃武从来没有买过砒霜，根本无从回答，但被拷打得急了，突然想起来曾经见到仓前镇有一家“钱记爱仁堂”药铺，便供认说：“十月初三，我假称要毒老鼠，花了四十文钱在钱记爱仁堂铺内买了红砒，交给了葛毕氏（小白菜）。”陈鲁又问药铺老板叫什么，杨乃武信口答道：“钱宝生。”于是陈鲁派刘锡彤到仓前镇缉捕“钱记爱仁堂”药铺的老板“钱宝生”，以获取罪证。

十月二十七日，刘锡彤回到余杭，没有直接派人去仓前镇“钱记爱仁堂”找“钱宝生”，而是先找来训导章濬（章纶香）商议如何应付。可见他内心已经知道“钱宝生”不过是杨乃武为了避免受刑随口捏造出来的名字。章濬素来厌恶杨乃武，当即向刘锡彤献计，由他先写信通知“钱宝生”，要钱大胆承认卖过砒霜给杨乃武，便决不治罪。如果钱不承认，有杨乃武亲口供词为凭，反而要加重治罪。

“钱记爱仁堂”药铺的老板被带到县衙后，称自己名叫钱坦，也叫钱鹿鸣，但就是不叫钱宝生。而且他药铺从来没有卖过砒霜，也从来没有见过杨乃武。这样的证人如果送去杭州，不是反而为杨乃武开脱吗？刘锡彤一时十分着急，对钱坦一再威逼利诱，要他承认自己就是钱宝生，且卖过砒霜给杨乃武。不料钱坦为人尚有正义感，知道事关人命，坚决不肯同意作伪证。

正在僵持之时，钱坦同父异母弟钱垲得知兄长无故被抓进县衙后，非常着急，也不问明究竟，就开始四处打点。他知道秀才陈湖与知县刘锡彤关系密切，便托陈湖出面。陈湖并不了解事情经过，不过他一向好事，为了显示自己与知县大人关系非同一般，也不事先与刘锡彤打招呼，直接就带着钱垲来到县衙。二人到达之时，刘锡彤正与钱坦密谈，二人只好在外间等候。刚好此时门丁沈彩泉进来，陈湖由此得知了事情经过。他当然希望杨乃武死无葬身之地，便主动向钱垲晓以利害：说杨乃武已经招供买砒霜是毒老鼠，如果他哥哥钱坦不承认，就是包庇杀人犯，也要被同判死刑；如果承认，顶多是杖责而已，决不会吃官司。钱垲听了大吃一惊，等哥哥钱坦出来，急忙力劝他承认就是“钱宝生”。陈湖也向钱坦保证不会送他去杭州作证。钱坦犹豫后，终于还是答应了，当场在县衙门房里写了一张卖砒霜给杨乃武的具结（旧时交给官府的一种画押字据）。刘锡彤得到具结后大喜过望，又担心钱坦反悔，亲笔写下“此案与钱坦无干”的保证书，随即放钱氏兄弟回家。

同治十二年（1873）十一月初六，“钱宝生”的卖砒霜具结送到杭州，杭州知府陈鲁认为案情已经大白于天下，随即根据供词及具结定案：小白菜因奸同谋杀死亲夫罪凌迟处死，杨乃武以起意杀死他人亲夫罪斩立决。

清朝制度，死刑案件要逐级审理，陈鲁的二审后，判决还要上报浙江按察使司（掌全省案狱的专职机构）核准。此时，卷宗中记载死者葛品连的“口鼻流血”已经被改为“七窍流血”。

浙江按察使蒯贺荪也是举人出身。因为举人前程远大，能够轻易娶到美貌的三妻四妾，杨乃武为一个出身低贱的小白菜下毒杀人，在当时简直是匪夷所思之事。因而蒯贺荪接到案卷后，对于杨乃武不顾举人身份因奸谋毒感到不可理解。为此，他详细阅览了全部卷宗，并亲自对杨乃武、小白菜进行了两次讯问。杨乃武、小白菜经过残酷的身心折磨后，均已经心灰意冷，毫不反抗，竟然没有把握住这一大好的翻案机会，依旧照前供述。蒯贺荪还不放心，又向负责初审的刘锡彤和二审的陈鲁询及案情的经过，是否有可疑的情况。刘锡彤和陈鲁均拍胸脯保证，说此案铁证如山，绝无冤屈。蒯贺荪见此，就召案犯、证人画押通过，将案件按照杭州知府陈鲁的意见上报浙江巡抚杨昌浚。

杨昌浚接案后，照例提审了杨乃武、小白菜，但二人担心再次遭受皮肉之苦，均依样画供。杨昌浚于同治十二年（1873）十二月二十日结案，将结果上报朝廷。只等朝廷批准，就可对杨乃武、小白菜执行死刑。