Le procès en appel de Jean-Pierre Mura débute le 16 juin 2016 à Dijon. Le premier jour d'audience, l'accusé, qui est diagnostiqué schizophrène, a une nouvelle fois clamé son innocence ne changeant pas sa stratégie de défense. Il « ne connaissait pas Christelle Maillery. Même pas de vue. » Jean-Pierre Mura a dénoncé plusieurs personnes comme auteur du meurtre dans des appels téléphoniques et par courriers anonymes. Mettant ces comportements sur le compte de sa consommation excessive d'alcool, sa toxicomanie ou encore sa maladie, il reconnaît avoir eu des accès de violence et avoir menacé des inconnus avec une arme dans les années 2000. Le troisième jour d'audience, deux témoins confirment à la barre les aveux de Jean-Pierre Mura qui, lui, nie. C'est donc paroles contre paroles, sur des dires cruciaux vieux de 25 ans. En l’absence de preuve formelle, les jurés doivent prendre une décision en fonction de leur intime conviction et en s'appuyant sur un faisceau d'indices.
L’avocat général demande 20 ans de réclusion et 10 ans de privation de droits civiques, la défense réclame l'acquittement de son client. Jean-Pierre Mura est condamné en appel à Dijon à une peine de 20 ans de réclusion criminelle, comme en première instance un an auparavant aux assises de Chalon-sur-Saône. La cour a également considéré que son discernement était altéré au moment des faits par les prémices de sa schizophrénie. Il se pourvoit en cassation et il est condamné à 20 ans également.
