雖然警方並未根據相關線索，找到凶手及犯案車輛，但附身事件也讓這起命案蒙上靈異色彩。由於曾女性格內向、交友單純，警方縮小範圍，從她熟識的對象進行過濾，最後鎖定28歲的鄰居邱俊雄，因為曾女失蹤後，邱也無故失聯。
警方調查，邱俊雄與曾家關係不錯，不久前邱出車禍，曾女的母親還曾到醫院探視他，為了逼邱出面，警方特別要求邱的親友斷絕對邱的金援，並透過通聯紀錄監控，最後於同月十四日凌晨，在桃園火車站附近一間旅社將邱逮捕。
邱俊雄到案後態度冷靜，矢口否認犯案，聲稱仇家要教訓他的妹妹，但不小心認錯人，才會找上曾女，還說一共有6個人犯案，主謀是一名綽號「阿道」的桃園不良分子。警方查證「阿道」雖確有其人，不過，他從曾女失蹤到發現遺體這段時間，都能提出具體的不在場證明，因此排除涉案，後來邱又捏造出一名「陳慶東」的虛構人物，指陳是凶手，企圖擾亂檢警的偵查方向。
檢警不敢大意，小心查證，後續又在邱俊雄的車內發現與棄屍地點相符的咸豐草葉片、曾女的血跡與毛髮，邱才坦承殺害曾女。儘管證據顯示，曾女有遭性侵的跡象，下體也發現少量精液，但邱卻堅稱自己沒性侵她，邱辯稱：「曾女的哥哥瞧不起我，我是為了嚇她哥哥才綁架她，後來一時失控，失手殺人。」
後來警方在邱俊雄的白色轎車座椅下，發現一件黑色夾克，並在夾克上採到邱的精液，經DNA比對，與曾女下體驗出的精液相符，且邱車前座頭枕位置，有一條與捆綁曾女相同的紅色尼龍繩，這些鐵證讓邱無從抵賴，只能俯首認罪。
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