事件発生直後、警視庁捜査一課と三鷹警察署は特別捜査本部を立ち上げ、のべ数万人規模の捜査員を投入した。聞き込み、遺留品の特定、公園周辺の防犯カメラ（当時は極めて数が少なかった）の確認など、しらみつぶしの捜査が敢行された。
だが、犯行につながる物証は驚くほど少なかった。被害者が直前まで友人と過ごしていた吉祥寺の街から、どのような経緯で連れ去られ、どこで解体されたのか。わずかな目撃証言すら核心には届かず、現場に残されたのは公園のゴミ箱にあった半透明の袋とわずかな私物だけだった。捜査本部は幾度となく壁にぶつかり、犯人の足取りは闇の中に溶けていった。
