この上告以降、1998年1月まで求刑死刑に対し控訴審で無期懲役判決が言い渡された4件について、検察側が相次いで上告した。これについては「連続上告」と呼ばれることがある。連続上告に対する最高裁の判決・決定はいずれも1999年11月・12月に出て、本件以外はすべて最高裁判決・決定により上告が棄却された。しかし、1992年に国立市で起きた主婦殺害事件（第一審・死刑判決、控訴審・無期懲役判決）における、1999年11月の最高裁判決（検察側上告棄却）では、「殺害された被害者が1人でも、極刑がやむを得ない場合があることはいうまでもない」という文言が盛り込まれた。この連続上告に対し、堀口刑事部長は「それまでの裁判官の判断を抑圧してきた、極刑に慎重な流れのようなものを取り払った意味は大きかった」と評価している。また、殺人事件に対する判決数の割合が1996年から2004年までで約1.4倍であるのに対し、第一審から最高裁までで死刑判決を受けた被告人は2004年のみで42人で、1996年の8人と比べると5倍強となっており、連続上告以降急増している。
1997年8月19日、検察当局は「控訴審判決は、重要な量刑要素である、犯行態様の悪質性・無期懲役の前科を、十分評価していない。死刑の一般的基準（永山基準）に違反しており、判例違反に当たる」などとする上告趣意書を、最高裁に提出した。
最高検察庁の堀口勝正刑事部長は報告を受けた広島高裁判決に、「これは度を超していないか」と疑問を投げかけた。堀口刑事部長は『読売新聞』の取材に対し、「この頃は甲府信金OL誘拐殺人事件のように、殺害された被害者数が1人の場合は、無期懲役を選択するなど、死刑をなるべく回避するという量刑傾向があり、検察内部にも諦めが根を張っていた」と振り返った。量刑不当を理由とした上告は原則として認められないが、「仮釈放中の殺人が無期懲役では、国民が納得できない」という堀口刑事部長の意見に土肥孝治検事総長（当時）が同意した。その結果、広島高等検察庁は1997年2月18日付で量刑不当として永山則夫連続射殺事件の永山則夫以来、戦後2件目となる死刑を求めた上告に踏み切った。上告理由について山口克之・広島高検次席検事は「計画的な強盗殺人を2度も犯し、死刑ではなく無期懲役を言い渡した判決は、判例に違反し、国民の正義感に背くものだ」と語った。
加害者が自殺してからも死亡した8人の遺体は「現場保全」のためにしばらく放置されていたが、事件発生翌日（1980年2月1日）午前1時30分すぎになって検視のために事件現場付近の海福山最明寺に移された。約6時間の検視の結果、加害者含め死者8人の遺体はいずれもほとんど即死状態で頭・胸・腰などに相当数の散弾が撃ち込まれていた。加害者の実母・実姉・義兄の3人の遺体には斧による傷が認められたが、いずれも「斧で切りつけられて倒れたり逃げようとしたところにとどめを刺すような形で」散弾を浴びせられた痕跡が確認された。その後、事件現場の現場検証を開始した熊野署は鉄工所経営者の息子による「玄関近くで加害者が足で押さえつけていた斧を奪って近くに捨てた」という証言に基づいて付近を捜索した結果、午前3時過ぎになって加害者宅から約30m離れた道路沿いの電柱脇で血液がこびりついた凶器の斧（木の枝払い用、刃渡り約8cm）を発見した。1日午前7時過ぎから熊野署は署員20人を動員して本格的な現場検証を行い、薬莢の採取・血痕の確認作業などから「加害者が発砲した回数」「殺傷行為の順序」を検証した。一時期意識不明の重体となっていた加害者の妻は1日までに回復の兆候が見え始めたため、捜査本部は2月2日以降に経過を見てから「加害者の事件直前の動向など」に関して妻から事情聴取することを決めた。一方で死亡した加害者とその実母・実姉の司法解剖が2月1日13時から三重大学医学部で行われ、3人の死因はいずれも「散弾の心臓貫通による失血死」と判明した一方、前述の「加害者が酒に酔っている」という通報内容とは異なり加害者の遺体からアルコールは検出されなかった。1980年2月1日までに加害者と親しかった知人らの証言により「加害者は石工業の職業病・振動病に悩まされてから労災認定を受け、その療養名目で労災保険金（休業補償給付金）を受給したが相変わらず石工業を続けており賃金収入・受給金の二重取り、すなわち不正受給状態を続けていた」ことが判明した。熊野労働基準監督署は1979年12月に熊野市内の各石切事業所から「一般的調査目的」で帳簿類を提出させたが、知人は『朝日新聞』の取材に対し「加害者はこれを『自分は労災保険金の不正受給を疑われており、その調査のためだ』と思い込み、明るみに出ることを恐れていた」と証言した。1980年2月2日午後、殺害された加害者の実妹の告別式が極楽寺（熊野市木本町）で営まれた。自殺した加害者・殺害された被害者3家族6人の葬儀は1980年2月3日、惨劇の舞台となった加害者宅・熊野市内の2寺院でそれぞれ執り行われた。そのうち加害者宅では一度に家族4人を失った長男（入院中のため無事）が病気・ショックの中で喪主を務め、参列した近親者らの涙を誘った。しかし「日ごろは子煩悩で温和な性格」として知られ、それまで精神科病院への通院治療歴もなかった加害者が突然このような凶行に走った詳しい背景・動機などは加害者本人の自殺もあって詳しく解明されなかった。