高成勇被抓获后，关押在白银市白银区看守所。看守所的管教民警吴玉祥回忆说，高成勇刚进看守所时，对陌生人充满了戒备心理，不怎么说话，也不与人交流。他担心自己会遭到同监室人员的歧视和欺负，甚至有过自杀的念头。但随着时间的推移，他发现看守所的管理非常人性化，同监室的人员也没有歧视他，渐渐放下了戒备，开始配合民警的工作。
在看守所的两年时间里，高成勇的生活很有规律，他喜欢看历史文学方面的书，民警都会满足他的要求。他的体重从刚进看守所时的160斤增加到了204斤，身体状况良好。吴玉祥曾经问过高成勇，为什么会犯下如此滔天罪行，高成勇说，刚开始是为了弄点钱花，后来就是为了寻求刺激。他承认自己是一个变态，性格孤僻内向，人际关系不好，没有朋友，只能通过杀人来释放压力。
看守所副所长陈升波对高成勇进行了多次心理测试，他发现高成勇的内心非常封闭，不会轻易对任何人敞开心扉。在做心理测试题时，高成勇会仔细看每一道题，反复斟酌后才答题，表现出极强的分析能力和戒备心理。陈升波说，高成勇的心理非常复杂，他既自卑又自负，既残忍又有一丝良知。有一次，陈升波让高成勇画一幅画，高成勇画了一座像庙宇的房子、一棵树和一个裸体的男人，陈升波认为，这幅画反映了高成勇内心的矛盾和挣扎。
高成勇在看守所里唯一的情感寄托就是他的两个儿子。当陈升波在心理疏导时提到他的儿子时，高成勇流下了眼泪。他说，自己最对不起的就是两个儿子，没想到他们能考上大学，有出息。在儿子们考上大学后，他就停止了作案，就是不想影响他们的未来。他还说，自己没有脸见儿子，害怕自己的罪行会给他们带来负面影响。当被问到对判决结果的看法时，高成勇说，他知道自己一定会被判死刑，他能接受这个结果，只希望早点执行，这样就能少给家人带来一些压力。他还表示，如果自己的器官能捐献，希望能捐出去，给受害者家属一些赔偿。
2017年4月27日，白银市人民检察院依法对高成勇提起公诉，指控他犯有故意杀人罪、强奸罪、抢劫罪、侮辱尸体罪。2018年3月30日上午十点，白银市中级人民法院一审公开宣判，认定高成勇犯故意杀人罪，判处死刑；犯强奸罪，判处有期徒刑十五年；犯抢劫罪，判处有期徒刑十年；犯侮辱尸体罪，判处有期徒刑八年，数罪并罚，决定执行死刑。法院还判决高成勇赔偿附带民事诉讼原告人物质损失。高成勇当庭表示服判，不提起上诉。
宣判后的第二天，记者在看守所见到了高成勇。他穿着囚服，头发花白，面容憔悴，但精神状态还算稳定。当被问到最后有什么愿望时，高成勇说，他想吃一顿羊肉泡馍，再抽几根烟。他还说，自己最后悔的就是杀害了那个八岁的小女孩和建安十字路口的女青年，因为这两个人对他非常友好，还给她端茶倒水，但他还是残忍地杀害了她们。
2019年1月3日，高成勇被执行死刑。这个潜伏了二十八年的恶魔，终于得到了应有的惩罚。随着高成勇的死亡，“白银系列强奸杀人案”终于画上了句号，但这起案件给白银市带来的创伤，给受害者家属带来的痛苦，却永远无法抹去。
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