杨乃武无辜蒙冤后，其家人一刻也没有放弃营救的希望。其妻詹彩凤刚刚分娩产下长子，行动不便，其姐杨菊贞不顾旧时女人不便抛头露面的习俗，外出多方打探，还亲自跑到仓前镇找到“钱记爱仁堂”药铺，经询问钱坦的母亲姚氏和爱仁堂的伙计后，得知他们药铺从来没有卖过砒霜。杨菊贞知道弟弟冤枉，发誓拼死也要挽救弟弟性命。
不过能不能成功翻案，杨菊贞心里也没底。她特意到杭州城隍山城隍庙求签，占卜命运。结果求到一支签说：“荷花开处事方明，春叶春花最有情。观人观我观自在，金风到处桂边生。”测字先生解解释说，到荷花开时，冤情可以洗刷，桂花开时，人就可以平安归来了。她又去扶乩，批了两句诗说：“若问归期在何日，待到孤山梅绽时。”都是说杨乃武还有救，这给了杨菊贞莫大的鼓舞和信心。
而狱中的杨乃武得知案情已经上报朝廷后，知道刑部批复一旦下来，那就是铁板钉钉，再无翻案可能，自己的人头就此落地不说，还永久地背上恶名，连累家人。一想到莫名其妙地遭此大难，他又不甘心起来，便在狱中写了一张申诉状，说自己是遭小白菜攀诬在先，被审判官屈打成招在后。在申诉状中，杨乃武列举了八大疑问：如为何不让他本人与“钱宝生”当面对质；如果他与小白菜有奸情，他又怎么会有意提高房租迫使她搬家等等。
值得一提的是，杨乃武还在申述中大力攻击了小白菜，甚至编造了许多并不存在的谎言：如说小白菜与余杭粮胥何春芳有不轨行为，杨乃武发现后告诉了葛品连，葛品连为此打了小白菜，小白菜从此对杨乃武怀恨在心，所以才攀诬与其通奸谋毒；又说知县刘锡彤之子刘子翰与捕役阮德曾经向杨乃武敲诈勒索钱财，因未能得手，一直寻机报复，于是就诬陷杨乃武与小白菜偷奸。这些故事都是杨乃武临时捏造出来的，一是可以报复小白菜对他的诬陷指证，二来可以证明小白菜与自己早有嫌隙，有诬陷的动机，翻案更加顺利。但后来的事实证明，他将为这些谎言付出惨痛的代价。
这张申诉状写好后被杨乃武的家人分抄送到杭州各级衙门，包括浙江巡抚和浙江按察使司，但基本上石沉大海，毫无动静。杨菊贞见地方官员根本不重视，终于决定去北京告御状。同治十三年（1874）四月，杨菊贞带着弟弟杨乃武在狱中写就的申诉材料，踏上了赴北京的漫漫长路。同行的还有杨乃武岳父家的长工王廷南和王阿木。三人先从杭州到上海，再从上海乘轮船到天津，再从天津走陆路，历时二十余天，这才到达北京。
因为女子不能出面，杨菊贞不得不委托长工王廷南到都察院递交申诉材料。递交之前，需要先将递交人情况报告给都察院。不料王廷南走到都察院门口时，突然害怕起来，无论如何都不敢进去。王阿木只好冒称自己就是王廷南，代他递交申诉状。
都察院接到申诉状后，认为杨菊贞、王廷南等人违反律制越级上告，不予受理不说，还派人将三人押解回乡，严厉警告三人不准再告。不过，都察院作为最高监察机关，也不是全无作为，还是下了一纸公文给浙江巡抚杨昌浚，要他重新复审此案。杨乃武、小白菜案在当时看来是大伤风雅的事情，杨昌浚不愿意理会这等案件，也不觉得案情有什么可疑之处，便将案情转交给杭州知府陈鲁复审。陈鲁装模作样地又传讯了地保王林、房东王心培等证人，结果跟原审无异。杨昌浚按照原审判决上报都察院。都察院见复审没有发现什么疑问，便同意结案。
在这期间，杨菊贞多次到仓前镇“钱记爱仁堂”药铺找关键证人钱坦，也就是所谓的“钱宝生”，声泪俱下地请求他能站出来说实话。钱坦不敢招惹知县刘锡彤，为了避免杨菊贞纠缠，干脆躲了起来玩失踪。杨乃武家人还多次去找原告葛品连的母亲喻氏，请求她撤诉，并愿意以黄金地产酬谢。但喻氏一是想为儿子报仇，二是畏惧官府势力，没有答应。分娩不久的杨乃武妻子詹彩凤多次带着襁褓中的孩子到衙门哭诉冤情，均无结果。
本来这件案子看起来已经毫无扳回的希望，但却意外因为媒体的介入而有了转机。案情发生后的第二个月，新创刊不久的《申报》（由安纳斯脱美查等英国商人创办于同治十一年，是中国最早的报纸之一）便对案件作了报道，开始还是作为地方上的桃色刑事案件来写，不过是要娱乐一下大众。但后来随着案情反复审理，甚至都察院都介入了，《申报》开始作大版面的跟踪报道，一时之间，浙江和北京两地无人不知无人不晓，并且越来越多的人开始关注此事，这其中就有著名的红顶商人胡雪岩。
胡雪岩，名光墉，字雪岩。他是中国历史上著名的徽商，其人生经历跌宕起伏，充满了传奇色彩：他本贫穷出身，幼年帮人放牛为生，长成后从钱庄学徒开始做起，通过结交朝中权贵显要王有龄、左宗棠等人，纳粟助赈，为朝廷效力，一跃成为显赫一时的红顶商人。其势力最盛时，整个江浙商业都在其操纵下，资金达两千万两以上，田地在万亩以上。
杨乃武案发生时，胡雪岩正在杭州筹办胡庆余堂中药店。他有一个幕友名叫吴以同，刚好与杨乃武是同科举人。吴以同与杨乃武相交颇深，知其为人正派，此案必有蹊跷。他将杨乃武的情况告诉了胡雪岩。尤其当胡雪岩得知杨乃武姐杨菊贞正准备二次进京、冒死上告时，深为感动。他派人将杨菊贞接到自己的住处，表示愿尽绵薄之力，资助她上京的全部费用。
正在这个时候，浙江籍官员翰林院编修夏同善因丁忧期满，准备起程回京。胡雪岩为其饯行时，有意让吴以同作陪，席间趁机说了杨乃武一案的经过。夏同善深为震惊，当即答应要鼎力相助。
同治十三年（1874）七月，杨乃武妻子詹彩凤带着母家帮工姚士法再次进京告状。到达北京后，二人先去找了夏同善，夏同善暗中指点二人不要再将申诉状交给都察院，而是转交给步军统领衙门。申诉状递进去后，更是被《申报》以《浙江余杭杨氏二次叩阍原呈底稿》为题全文刊登出来。尤其《申报》还进一步地比较中国与西方国家的法律现状，对于中国司法中的秘密审讯、滥用刑罚和官官相护等弊端给予了强烈的抨击。一时间，朝野上下都在谈论杨乃武一案。步军统领衙门倍感压力，便将申诉状上奏慈禧太后和同治皇帝。不久，谕旨下达，要求浙江巡抚与浙江按察使重新复查此案。
浙江巡抚杨昌浚接到谕令后，为了表示不先入为主，秉公执法，不枉不滥，将案子委托给新到任的湖州知府锡光和绍兴知府龚嘉俊、富阳知县许嘉德、黄岩知县陈宝善四人共同审理。此次复审，杨乃武见审讯官员换了一拨新人，料到事情有了转机，便立即推翻原供，声称自己与此案根本没有任何关系。小白菜见这次没有动刑，也趁机翻供，坚决否认自己毒死了丈夫。
锡光虽然刚刚到任，却是个老滑头，一看情况不妙，审了一次后就托词不再参与，审讯官就剩下了绍兴知府龚嘉俊和知县许嘉德、陈宝善。但审了几次，两名主犯就是不认罪，三名审讯官也不知道该如何处理。正是尴尬之际，同治皇帝突然驾崩，全国举哀，审案就此暂停。拖了一段时间后，三名审讯官也不管案件依然悬而未决，主动向杨昌浚递了辞呈，请求另派大员来审理。
光绪元年（1875）正月二十日，光绪皇帝（帝名载湉，醇亲王奕子）即位，年仅四岁，由慈禧太后垂帘听政。本来新皇帝即位，照例要大赦天下，但杨乃武、小白菜一案因审而未结，且案情重大，悖逆人伦（古代妻子杀死丈夫是以下犯上，被视为“逆伦”），因而不在特赦之列。不过之前审案时杨乃武、小白菜双双翻供的消息已经被《申报》报道出来，由于案情反复，扑朔迷离，引来朝野瞩目。朝中不少大臣尤其是一些浙江籍京官开始密切关注此事。本来一桩单纯的刑事案件，终于因为有朝中官员的介入，而引入了错综复杂的党争背景。
光绪元年（1875）四月二十四日，刑部给事中王书瑞（浙江长兴人）率先上疏弹劾浙江巡抚杨昌浚等人“复审重案，意存瞻徇”，指责浙江官员是有意拖延案情，目的就是要让杨乃武、小白菜二犯和相关证人不堪折磨，瘐死在大牢中，从而可以草率结案，维持原判，以利考成（指官吏的升迁降贬）。王书瑞还进一步分析了造成这一现象的深层原因，说是杨昌浚明显怀有私心，以致“明知事有冤抑，只以回护同官，碍难从实办理，不承审此案，现俱设法脱身。以致日久未能昭雪”，并指出如果继续拖延，只会给杨昌浚机会让他暗中布置杀杨乃武、小白菜等人灭口。
这一奏疏言辞非常尖锐，矛头直指浙江巡抚杨昌浚。而且王书瑞奏疏上后，京官应者云集，纷纷紧跟着上书弹劾。杨昌浚一时间成为众矢之的，不得不上书为自己辩护，说决非有意迁延案情，实在是因恰逢封篆，又遇上国恤，兼有本省科考；又指出杨乃武、小白菜虽然翻供，但药铺老板“钱宝生”供词始终如一；杨乃武家人还多次到药铺闹事，胁迫“钱宝生”翻供。
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