高级法院不同意死刑时应当发回中级法院重新审理。
根据相关规定，依授权可以由高级人民法院核准的死刑案件，中级人民判处死刑后，如果没有被告人上诉、人民检察院抗诉的情况，就在上诉、抗诉期满的三日内报请高级人民法院核准。
高级人民法院同意判处死刑的，就应当裁定核准死刑；
高院不同意判处死刑的，应当依法改判；
如果认为原判事实不清，证据不足的，应当发回中级人民法院进行重新审判。

《最高人民法院关于执行《中华人民共和国刑事诉讼法》若干问题的解释》第二百七十六条
依授权可以由高级人民法院核准的死刑案件，中级人民法院判处死刑后，被告人不上诉、人民检察院不抗诉的，在上诉、抗诉期满后三日内报请高级人民法院核准。
高级人民法院同意判处死刑的，应当裁定核准死刑；
不同意判处死刑的，应当依法改判；认为原判事实不清，证据不足的，应当发回中级人民法院重新审判。