Comic Enterprises hävdade framgångsrikt i High Court att 20th Century Fox show bröt sitt varumärke rätt till The Glee Club namn.
Programmets programföretag överklagade 2014 års dom, men appellationsdomstolsdomare avslog sitt mål.
Det är ännu inte klart om Glee-showens namn måste ändras.
Domarna i appellationsdomstolen ska nu överväga om EU:s varumärkeslag påverkar domen och innebär därför att ingen förändring krävs.
Fler uppdateringar om detta och Birmingham och det svarta landet
En del av filmstudions argument var att den inte skulle behöva byta namn, med hänvisning till EU-lagstiftning som anger att ett varumärke måste vara "ett tecken", i betydelsen att vara ett enda tecken och kunna "grafiskt representeras".  Föreställningens namn, sade man, föll inte in i denna kategori.
Domarna har därför bett de båda parterna och Förenade kungarikets immaterialrättsmyndighet att inkomma med sina inlagor i frågan senast på måndag när de kommer att överväga om de ska skicka ärendet till EU-domstolarna.
TV-serien sändes första gången 2009 på Fox Channel - en del av Rupert Murdochs medieimperium.
Mark Tughan, ägare av komediklubben kedjan, sade att han fick en 80-sidig dom från Lord Justice Lloyd Jones, Lady Justice Arden och Lord Justice Kitchin på måndagen efter överklagandet i november.
Hughan sade att komediklubbens varumärke registrerades 1999 och att han inledde rättsliga förfaranden 2011.
Filmstudion har ännu inte kommenterat överklagandet.
Taughan, som twittrade sin seger, sade till BBC News "Jag känner mig hävdad, inte bara för att han tog fallet i första hand, utan nu när två domstolar har kommit till samma slutsats om överträdelsen av mitt varumärke.
"Man skulle hoppas att Fox skulle lägga ner sina vapen men de har inte visat någon aning om att vilja lösa detta."
Han tillade att han fick viss ersättning från Högsta domstolen men sade att han ännu inte kommer att fullfölja vad han anser sig ha rätt till.
Glee Club öppnade i Birmingham 1994 och har nu filialer i Cardiff, Nottingham och Oxford.
Skaparna av showen Glee har förlorat sitt överklagande mot ett rättsligt avgörande som fann till förmån för en komediklubbskedja med samma namn.