石田穣一裁判長が指揮する東京高裁第七刑事部での差戻審は、順調に進んだ。10月19日にはAの仮退院が認められ、同月22日には高裁による異例の現場検証も行われた。新発見されたナイフについて、かつての家宅捜索に従事した捜査員らは、押入れの布団包みの中も入念に調べたと証言した。しかし具体的な状況については、布団の畳み方も、種類も、包装紙の開け方も、ガムテープの状態も「記憶にない」と繰り返した（さらにガムテープの状態は、捜索時の写真とナイフ発見時とでまったく変化していない）。捜査員らは、布団包みは押入れの上段に一組しかなかったと一様に証言したが、下段にも布団包みが確認できる捜索時の写真を裁判官から示されると、絶句した。しかし不安材料もあった。若穂井によれば、Aに対する石田の態度は非常に威圧的で、それにAが憤慨したことで裁判官の心証は一層悪化してしまったという。また、発見されたナイフの指紋鑑定と、現場付近の足跡の鑑定について、高裁に提出されていた鑑定書では、どちらもAのものと「類似」するという鑑定結果が示されていた。しかし、鑑定人である千葉県警鑑識課吏員は、2つの鑑定結果について法廷で、指紋については「鑑定不能」、足跡については「酷似」と、それぞれAに不利なように表現を変えて証言した。
一方、最高裁調査官として本件を担当することになった木谷明は当初、通例と同じく本件も再抗告事由違反によって処理しようとした。しかし、調査を進めるに従って、木谷はAが無実ではないかとの心証を強く抱いた。しかしながら、従来の法解釈に従えばどうあっても原決定を覆すことは不可能であった。木谷はAを救済するため考えに考え抜き、理論構成は完全でないと知りつつ、保護処分不取消決定に対しても一定限度で上訴を認めるべきとする報告書を提出した。そして、この木谷報告書を基調として、伊藤正己裁判長が指揮する最高裁第三小法廷は、9月5日に原決定の取消差戻しを決定した。誤つて保護処分に付された少年を救済する手段としては、少年法が少年側に保障した抗告権のみでは必ずしも十分とはいえないのであつて、保護処分の基礎とされた非行事実の不存在が明らかにされた場合においても何らかの救済の途が開かれていなければならない。と判示したこの最高裁決定は、マスコミ各社も「少年保護処分に再審の道が開かれた」として大々的に報道する、従来の学説や実務を大きく踏み越える極めて重要な判例となった（下記参照）。一方、この決定に対しBの祖母は「犯人がだれであっても、〔B〕は戻って来ない」「そっとしておいてほしい」と語っている。
若穂井は翌2月3日に、一審の重大な事実誤認を理由として、少年法第32条の類推適用を求めて東京高裁へ抗告を行った。しかし、弁護側も承知していたように、保護処分不取消決定に対しては抗告が認められない、というのが学説上の定説であった（下記参照）。そして同月23日、高裁第九刑事部の内藤丈夫裁判長は、「少年法第27条の2第1項に基づく保護処分不取消決定は、同法第32条の定める抗告対象『保護処分の決定』に該当しないことは法文上明らかであり、少年側に抗告を許す規定もない」との法律論に基づき、実体審理なしに抗告棄却決定を下した。この棄却決定を機に、それまで若穂井ひとりであった付添人は、日本弁護士連合会の少年法専門弁護士を中心とした14人の弁護団となった。そして、彼らは翌3月11日に最高裁へと再抗告を行った。また、同じくAの無実を信じる元同級生41人も、再審判を求める嘆願書と署名を最高裁へ書き送っている。
ナイフを発見した若穂井は、「無実を証明する新証拠を発見した」として、5月31日に少年法第27条の2第1項に基づく保護処分取消しを申立てた。この申立ては法的根拠のあるものではなく、裁判所は訴えを無視しても構わないとされているが、千葉家裁松戸支部はこの申立てを保護処分取消事件として立件し、翌6月7日に審判開始を決定した。しかし、再審判を担当することになった裁判官は、かつてAに保護処分決定を下した小原春夫その人であった。少年審判規則第32条によれば「審判の公平について疑いを生ずべき事由があると思料するとき」には裁判官を回避しなければならなかったが、同支部に裁判官が小原ひとりしかいなかったため、同じ裁判官が再審判を担当することを余儀なくされた（若穂井も、同じ裁判官が審理することで迅速に救済できるメリットがあると考え、これに妥協した）。
アルタイルの角直径は1960年代にロバート・ハンブリー・ブラウンと彼の共同研究者らによりオーストラリアのNarrabri天文台で測定され、アルタイルの角直径は3ミリ秒とされた。ブラウンらはアルタイルが自転により、アルタイルが潰れた形状になることも発見したが、その扁平率を測定するにはデータが不十分だった。1999年と2000年にパロマー試験干渉計を用いて行われた赤外線干渉測定によって、アルタイルがつぶれた形状に平坦化されていることが確認された。この研究成果は、2001年にG. T. van BelleとDavid R. Ciardi、そしてその共同研究者らによって発表された。理論上では、アルタイルは急速な自転により表面重力と表面温度の値は赤道で低くなり、赤道は極よりも明るくならないと予測されている。重力減光もしくはフォン・ツァイペル効果として知られるこの現象は、2001年に海軍精密光学干渉計（Navy Precision Optical Interferometer）によって行われた測定によるアルタイルで確認され、その後2004年にOhishiら、2006年にPetersonらによって分析されている。2005年には、Domiciano de SouzaらがVLT干渉計に搭載されているVINCIによって行われた新たな測定と、パロマー天文台と海軍精密光学干渉計で得られていた測定を用いてアルタイルの重力減光を確認した。アルタイルは直接画像が得られている数少ない恒星の一つである。2006年と2007年にJ. D. Monnierとその共同研究者らは、CHARAアレイ干渉計に搭載されているミシガン赤外線コンバイナ（Michigan Infrared Combiner）を用いて2006年に行われた赤外線観測を基にアルタイルの表面の画像を作成した。太陽以外の主系列星で表面が画像化されたのはこれが初めてであった。擬似カラー画像は2007年に発表された。アルタイルの赤道半径は太陽半径の2.03倍、極半径は1.63倍と推定されており、赤道半径は極半径より25%長くなっている。自転軸は地球から見て約60度傾いている。