不過，訪談過程中，警方發現林女的手指、膝蓋、大腿內側都有受傷，還裹著紗布，好奇詢問，林則一派輕鬆地說，那是她日前做美容護膚時，被精油燙傷的。警方認為林語帶保留，加上她又是陳最後聯繫的人，所以隔天又到林的住處找人，希望深入調查，才知道該處是其前夫住處，林根本不住在這裡，警方獲知後面面相覷，最後透過前夫取得林女現居地址。
沒想到，警方抵達林的住處，已見社區門口停了多輛警車，一樓中庭也圍起封鎖線，裡面有一具蓋白布的遺體，死者正是林女。檢警相驗遺體，發現林的雙手手掌、腳踝、腿部有抓傷及擦傷，與其供述被精油燙傷不相符。警方調查，林當天中午從13樓跳下，當場死亡。社區保全也表示，最近5天她已站在樓頂十多次意圖輕生，每次都被他發現勸阻下樓，沒想到憾事還是發生。
警方進入林女屋內搜索，在垃圾桶找到多張碎紙，拼湊出林的手寫遺書，內容大致為「我出事情了，對不起爸媽家人」，林妹被通知認屍時，則說前一天姊姊交給她一封遺書，上面寫著：「我已經走不下去了，今天會走到這種地步都是我的錯！」家人也不知道她究竟發生什麼事。
警方認為林女很可疑，還原她的手機紀錄，並調閱社區監視器畫面，發現她跟陳關係匪淺，二人幾乎每天都透過簡訊噓寒問暖，宛如熱戀中的情侶，陳離家當天，也熟門熟路地開車進入林住的社區地下停車場，把車停在林的車位，並持社區磁卡直接搭電梯到林住處的樓層。
不過，監視器只拍下陳進入大樓的畫面，卻沒有離開的影像。警方進一步過濾監視器畫面，發現林女在陳抵達幾個小時後，出門買了一台切割硬物的砂輪機，還連續十小時不斷搭電梯來回，將屋內的物品搬出，丟到社區垃圾場，畫面也看到她把陳的黑橘色背包及砂輪機搬到陳的車上。
最後林拉著一個大型行李箱進入電梯，看似非常沉重，身高160公分的她多次拖拉跌坐在地，警方注意到行李箱口的拉鍊沒有拉攏，缺口處露出一大截用黑色塑膠袋包裹的不明物體，似乎是人的雙腳，林將行李箱搬上陳的車後，便開車外出，警方據此研判陳凶多吉少。
為了蒐證，警方重返林女住處，並在主臥室及客廳牆面採集到微量血跡，經比對後確認是陳男所有，研判他就是在這裡遇害。隨後找來林女的前夫訊問，他表示前妻曾透露，與陳在高雄蚵仔寮漁港談判，一言不合，將陳推下消波塊，不知他是生是死。
警方隨即前往漁港搜尋，果然在附近找到陳的轎車，車內有其證件，也有少許血跡，警方進一步調查林的行車路線，發現她出門後一路向南，先前往屏東，再往台東方向行駛，最後把車開回蚵仔寮漁港附近，並搭乘計程車回到住處。警方懷疑林殺害陳男後分屍，之後載往海邊棄屍，但與海巡隊花了數月在南迴公路沿線搜尋，還派小艇出海打撈，都沒有找到陳的屍體。
警方深入調查發現，陳有過三次婚姻，是名校碩士，異性緣佳，常透過網路聊天室認識女性，警方從種種跡象研判，林可能是發現陳另結新歡，所以將對方殺害，之後在住處分屍，再將屍塊裝入行李箱丟入海中，最後畏罪輕生。
不過，林女真正的殺人動機、過程以及陳的屍體到底在哪等問題，都隨著林死去成為謎團。案發隔年，檢方偵查終結，認定林殺害陳後棄屍，但因為林女死亡，做出不起訴處分，陳也在失蹤7年後，被法院宣告死亡，為命案畫下句點。
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