Sau khi Chủ tịch nước có Quyết định số 639/QĐ-CTN ngày 17/5/2012 về việc bác đơn xin ân giảm án tử hình của Hồ Duy Hải thì bà Nguyễn Thị Loan (là mẹ bị cáo) cùng bà Nguyễn Thị Rưởi (là dì ruột bị cáo) và chị Hồ Thị Thu Thủy (là em gái của bị cáo) làm đơn đề nghị hoãn thi hành án đối với Hồ Duy Hải.
Ngày 04/12/2012, Chủ tịch nước yêu cầu Tòa án nhân dân tối cao, Viện kiểm sát nhân dân tối cao xem xét lại vụ án, làm rõ trường hợp Hồ Duy Hải có bị kết án oan, sai hay không để báo cáo Chủ tịch nước. Cùng ngày, Hội đồng thi hành án tử hình tỉnh Long An đã có Quyết định số 02/QĐ-HĐTHATH về việc hoãn thi hành án tử hình đối với Hồ Duy Hải.
Thực hiện kết luận tại cuộc họp ngày 15/12/2014 của Lãnh đạo liên ngành Trung ương Tòa án nhân dân tối cao và Viện kiểm sát nhân dân tối cao, Tổ Chuyên viên liên ngành được thành lập theo quyết định số 632/QĐ-VKSNDTC-V3 của Viện kiểm sát nhân dân tối cao do Viện kiểm sát nhân dân tối cao chủ trì, có sự tham gia của Tòa án nhân dân tối cao và Bộ Công an để triển khai việc kiểm tra, thẩm định lại những nội dung cần thiết liên quan đến vụ án, kịp thời báo cáo Ban Bí thư và Chủ tịch nước.
Quá trình kiểm tra, thẩm định lại những nội dung cần thiết liên quan đến vụ án, Tổ Chuyên viên liên ngành đã tiến hành nghiên cứu hồ sơ vụ án (bao gồm cả hồ sơ của Cơ quan điều tra); đặc biệt chú ý vào những vấn đề do luật sư, người khiếu nại, người kiến nghị và báo chí đưa ra có liên quan đến vụ án.
Ngày 16/01/2015, Tổ Chuyên viên liên ngành đã có buổi làm việc với các cơ quan tiến hành tố tụng tỉnh Long An và quan sát trực tiếp hiện trường vụ án; sau đó, xuống trại giam để gặp bị án Hồ Duy Hải.
Ngày 19/01/2015, Ủy ban Tư pháp của Quốc hội gửi Viện trưởng Viện kiểm sát nhân dân tối cao một số tài liệu về kết quả làm việc của Đoàn giám sát của Ủy ban thường vụ Quốc hội đối với bị án Hồ Duy Hải. Văn phòng Chủ tịch nước chuyển đến Chánh án Tòa án nhân dân tối cao và Viện trưởng Viện kiểm sát nhân dân tối cao bản kiến nghị ngày 20/01/2015 của bà Lê Thị Nga, Đại biểu Quốc hội tỉnh Thái Nguyên, Phó Chủ nhiệm Ủy ban tư pháp của Quốc hội về vụ án Hồ Duy Hải.
Ngày 11/02/2015 và ngày 18/03/2015, Lãnh đạo Liên ngành Viện kiểm sát nhân dân tối cao, Tòa án nhân dân tối cao và Bộ Công An (có sự tham dự của Ban Nội chính Trung ương, Văn phòng Chủ tịch nước, đại diện Ủy ban Tư pháp của Quốc hội) đã trực tiếp nghe Tổ Chuyên viên liên ngành báo cáo kết quả thẩm tra vụ án.
Tại các cuộc họp ngày 04/03/2015 và 20/03/2015, đồng chí Uông Chu Lưu - Phó Chủ tịch Quốc hội, Trưởng đoàn giám sát yêu cầu Lãnh đạo liên ngành Bộ Công an, Viện kiểm sát nhân dân tối cao xem xét, đánh giá một cách toàn diện việc giải quyết vụ án và báo cáo Đoàn giám sát.
Ngày 20/03/2015, Lãnh đạo Liên ngành Bộ Công an, Viện kiểm sát nhân dân tối cao đã có Công văn số 38/BC-VKSNDTC báo cáo Chủ tịch nước và Đoàn giám sát của Ủy ban thường vụ Quốc hội về vụ án, trong đó có nội dung:
Trên cơ sở xem xét, đánh giá một cách thận trọng, khách quan và toàn diện các chứng cứ buộc tội, chứng cứ gỡ tội, những vi phạm thiếu sót trong quá trình giải quyết vụ án. Lãnh đạo Liên ngành Bộ Công an, Viện kiểm sát nhân dân tối cao, Tòa án nhân dân tối cao thấy rằng: Vụ án Hồ Duy Hải phạm tội “Giết người” và “Cướp tài sản” xảy ra năm 2008 ở tỉnh Long An là một vụ án đặc biệt nghiệm trọng và phức tạp được dư luận quan tâm. Quá trình điều tra ban đầu có một số vi phạm, thiếu sót; tuy nhiên, Cơ quan điều tra đã cố gắng khắc phục, thu thập các chứng cứ để chứng minh các tình tiết xác định sự thật vụ án. Vì vậy, những vi phạm thiếu sót không làm thay đổi bản chất vụ án. Căn cứ vào các lời khai nhận tội của bị cáo trong quá trình điều tra, xét xử, phù hợp với các chứng cứ, tài liệu khác có trong hồ sơ vụ án như đặc điểm hiện trường vụ án; kết quả thực nghiệm điều tra; kết quả khám nghiệm; giám định pháp y tử thi; phù hợp với các vật chứng, đồ vật được thu giữ; các biên bản nhận dạng phù hợp với lời khai của các nhân chứng, người liên quan và các tài liệu, chứng cứ khác; phù hợp về thời gian, không gian xảy ra vụ án; có đủ cơ sở xác định: Hồ Duy Hải có hành vi giết chị Nguyễn Thị Ánh Hồng và chị Nguyễn Thị Thu Vân, sau đó lấy một số tài sản của họ và tài sản của Bưu điện Cầu Voi. Do đó, Tòa án các cấp kết án Hồ Duy Hải mức án tử hình về các tội “Giết người” và “Cướp tài sản” là có căn cứ pháp luật.