Cảnh sát nhận định sơ bộ đây là vụ hiếp dâm, giết người. Hiện trường không tìm thấy dấu vân tay lạ nhưng có nhiều dấu chân của người đàn ông cao từ 1m7 đến 1m75, dáng người trung bình. Cửa chính, cửa sổ phòng trọ không có dấu vết bị cậy, phá.

Nghi phạm có thể vào hiện trường bằng cách nào, cảnh sát đưa ra bốn khả năng: mở khóa bằng kỹ thuật, mở khóa bằng chìa, bám theo chủ nhà vào phòng và thứ tư là bị hại mở cửa cho vào.

Tháo ổ khóa đưa đến phòng kĩ thuật tiến hành kiểm nghiệm, kết quả cho thấy ruột khóa không có dấu vết ma sát, khả năng thứ nhất được loại trừ.

Với giả thiết thứ ba, phải nghi phạm bám theo Tuyết đi tới phòng trọ, cửa vừa mở thì đẩy cô vào phòng và khống chế, cảnh sát cho rằng nếu bám theo thì khi nạn nhân vào phòng, đồ đạc mang theo người sẽ vương vãi ở gần cửa. Nhưng trong quá trình khám nghiệm hiện trường, cảnh sát ghi nhận đồ đạc Tuyết mua từ siêu thị được đặt gọn gàng trong phòng. Vì thế, khả năng này được loại trừ.

Còn hai khả năng, nghi phạm được Tuyết mở cửa cho vào hoặc có chìa khóa phòng. Tuyết có bạn trai tên Lưu Văn làm cùng công ty, mới qua lại hơn một tháng. Lưu Văn có chìa khóa, phù hợp với cả hai khả năng còn lại nên bị cảnh sát mời tới làm việc, lấy mẫu tinh dịch. Tuy nhiên kết quả cho thấy vết tinh dịch không phải của Văn.

Lần lượt điều tra toàn bộ người quen của nạn nhân nhưng không phát hiện có ai khả nghi, cảnh sát nhận định khả năng người quen gây án cũng không lớn. Lúc này chỉ còn lại khả năng cuối cùng - hung thủ dùng chìa khóa mở cửa.

Bạch Tuyết trước kia làm thuê ở Quảng Đông, tháng 11/2013 mới đến Hành Dương thuê phòng trọ này. Khách thuê phòng ở đây liên tục thay đổi song chủ nhà không thay khóa. Do đó, chìa khóa phòng trọ của Tuyết từng qua tay nhiều người.

Trong quá trình điều ra, cảnh sát đến ngân hàng điều tra thông tin giao dịch qua thẻ ngân hàng của nạn nhân. Trong túi xách của Tuyết có điện thoại, giấy tờ tùy thân nhưng không thấy có tiền và thẻ ngân hàng. Nạn nhân bị sát hại trong khoảng từ 20h đến 22h, nhưng 22h39 lại có hoạt động rút tiền tại cây ATM. Camera tại cây ATM cho thấy người rút tiền là đàn ông, chỉ thấy rõ tay chứ không thấy mặt vì người này mặc áo mưa có mũ che kín đầu.

Theo cơ quan khí tượng và người dân ở đây, hôm đó không có mưa. Nhiều dấu hiệu cho thấy người này chính là nghi phạm. Qua hệ thống camera giám sát, cảnh sát phát hiện sau khi rút tiền, nghi phạm rời đi bằng xe đạp điện. "Bám" theo hành tung của chiếc này, cảnh sát thấy sau khi đi qua một ngã tư, chiếc xe không xuất hiện ở ngã tư tiếp theo nữa nên có thể đoạn đường giữa hai ngã tư là nơi ở của nghi phạm.

Người thuê phòng trọ cuối cùng trước khi Tuyết chuyển đến là Chu Quân, đang làm việc tại một công trường xây dựng. Trùng hợp là công trường này lại nằm trên đoạn đường chiếc xe đạp điện biến mất. Kết quả xét nghiệm ADN chứng minh Quân chính là hung thủ của vụ án. Sau năm ngày điều tra, ngày 26/4 Quân bị bắt.

Theo lời khai của Quân, hắn trả phòng trọ ngày 30/11/2013 nhưng chưa kịp chuyển hết đồ. Nếu để sang hôm sau sẽ phải trả tiền tháng 12 nên đánh một chiếc chìa khóa khác rồi trả chìa khóa cũ cho chủ nhà. Hai ngày sau, hắn mới quay lại chuyển nốt đồ. Tuyết đến thuê phòng trọ này nhưng không thay khóa. Quân cũng không quay lại đây nữa nên không biết khách trọ mới là ai, đã thay khóa hay chưa.

Ngày 24/4 là sinh nhật 22 tuổi, Quân muốn tổ chức một bữa tiệc sinh nhật hoành tráng với đông đủ bạn bè nên tìm cách kiếm tiền. Năm ngày trước sinh nhật, hắn chợt nghĩ đến việc mang chìa khóa đến phòng trọ cũ thử mở cửa và bất ngờ khi thấy thành công.

Hắn đang lục lọi trong phòng tìm tiền mặt hay thứ gì đáng giá thì Tuyết về. Thấy cửa phòng mở, đồ đạc trong phòng lộn xộn, Tuyết cất đồ đạc và nhanh chóng tìm thấy Quân trốn sau rèm cửa sổ.

Quân bịt miệng Tuyết, trói khống chế, nói đang thiếu tiền, chỉ cần đưa cho vài trăm tệ là đi ngay. Khi Tuyết nói không có tiền, hắn ép đưa thẻ ngân hàng và mật khẩu. Vừa cầm thẻ ra khỏi phòng, Quân nghe thấy tiếng Tuyết ú ớ càng ngày càng lớn nên quay lại và gây án.

Quân mang thẻ ngân hàng đi rút được hai ngàn tệ, dùng để tổ chức sinh nhật. Hắn không ngờ chỉ hai ngày sau sinh nhật đã phải tra tay vào còng chờ ngày đền tội.