警方持續比對監視器影像，發現張介宗3日上午6點至10點間，數次用腳踏車載多個塑膠袋外出，行跡十分詭異，懷疑趙林婦遭不測，於是組成專案小組全力偵辦，並在5日晚間搜索張男住處，發現屋內有多處血液噴濺痕跡，鄰居也表示聽到疑似鋸東西的聲響，警方進一步調閱張的足跡，確認趙林婦被他殺害碎屍，人體組織丟棄在前鎮河5號船渠。
專案小組將張介宗帶回偵訊，他雖坦承與死者是朋友，但矢口否認殺人，不久，高雄市警局鑑識中心檢驗出，張男的臥室還有同樣被通報失蹤的75歲張姓婦人及張男兄嫂、75歲黃姓婦人的血跡，研判2人都已遇害，就此揭開這起駭人聽聞的連環殺人案。
警方調查，趙林婦是第3位受害者，第1位是張介宗的兄嫂黃婦，去年11月29日進入張男住處後，便未再現身，翌日凌晨3點起，張男頻繁提著大包小包進出家門，疑似將黃婦殺害分屍後棄屍；第2位受害者是住在左營的75歲張姓婦人，今年1月17日傍晚，被拍到與張介宗一同進入其前鎮區住處，張晚間神態自若地提了多個手提袋出門，研判袋內裝著張婦的屍塊。
為何張介宗要狠心殺害這3名婦人？警方研判可能與財、情有關，調查發現，綽號「台北仔」的張男，經常前往三民公園及萬年縣公園唱歌、泡茶、下棋、賭天九牌，因此認識綽號「仙姑」的張姓死者及綽號「阿珠」的趙林婦，3人年齡相仿、關係密切，曾有金錢往來。
