사건은 2002년 50대 남성이 제수씨의 집에 방문했다가 숨진 제수씨와 자신의 양녀를 발견하고 신고하며 알려졌다. 현장 감식 결과 안방 스위치에서 발견된 지문과 다용도실을 통한 침입 경로 등을 토대로 면식범의 소행으로 추정됐다. 부검 결과 피해자들에게서 다수의 자창이 발견됐으며, 딸에게서는 성범죄 흔적도 확인됐다. 수사팀은 피해자의 언니가 1년여간 동거했던 전 남자친구 정 씨를 유력 용의자로 지목했다. 정 씨는 이별 과정에서 피해자 가족을 협박해온 것으로 조사됐다. 정 씨는 도주 중 자신의 어머니에게 범행을 시인하고 막내딸을 살해했다고 밝혔으며, 이후 고속도로 다리 아래에서 막내딸의 시신이 발견됐다. 정 씨는 사건 이틀 뒤 공사 현장에서 숨진 채 발견됐다. 함께 범행에 가담한 공범은 체포 후 범행을 인정했으나 살인과 성범죄는 정 씨의 단독 범행이라고 주장했다. 공범은 막내딸을 인질로 삼아 금품을 요구하려다 살해했다고 진술했으며, 이들은 사건 며칠 전에도 다른 여성을 납치해 금품을 갈취하고 성범죄를 저지른 사실이 추가로 드러났다. 공범은 무기징역을 선고받았다.