侦查人员终于将阿仁连平带到警署来。阿仁这时所做的答辩约略如下：
有一位客人托他买一卷底片，他就拿着客人交给他的两百元，于下午6点10分左右走出“春秋庄”。接到这种差事时，他平时是骑脚踏车的，而这时脚踏车刚好被别人骑走，他就只有徒步而去。
这时他因白天的工作而相当疲惫，想到要走一趟来回两公里的路，心里就很沉重，所以朝车站的方向缓缓移步过去。来到向北拐弯处时，他曾经遇到村里的一个熟人。两人当时彼此简单寒暄了一下。
后来走在去车站的马路上时，他又遇见一个认识的别家旅馆的女服务员。他同样和她寒暄了几句。买好底片回来的路上，他频频浏览了商店的橱窗。
就是因为这个缘故，平时来回只需五十分钟的路程，他竟花了一个小时以上。
警方请来阿仁提到的这位村民和某旅馆的女服务员质询，结果，两人的叙述和阿仁所说完全吻合。
第一个遇见的村民说相遇的时间大约是6点25分，某旅馆女服务员则说于6点40分前和阿仁相遇。阿仁的步行速度由这两个人的证词得到证实。
阿仁的血型确实为AB型。这一点对他也相当不利。
另外，警方发现他原来有两次前科记录。其中之一为诈欺罪，另一则是和人打架。警方利用将阿仁以重要参考人身份留置侦查中心的时间，派人强制搜索过他在“春秋庄”的房间。可是，没有发现到任何和杀害杉山千鹤子有关的证据物品。
一项非常重要的东西却在这之后发现到。在“春秋庄”工作的女服务员镰田澄子交给警署一个附有坠子的银项链，说是阿仁于24日夜晚送给她的。这个坠子上有维纳斯像的浮雕，嵌在里面的是被害者母亲的照片。侦查中心因而认定阿仁为杀人凶手，立即将他拘捕。
阿仁在接受侦讯时的供述如下：
我在照相器材店买一卷客人托我买的底片时，店里的时钟指着6点45分。我说“已经这么晚了，”那个店员也回头望了一下时钟。从店里出来后，我缓慢地走着原先的路。我前面说过我这一天特别疲倦，而且也没有脚踏车，所以我故意走得慢一点。回到旅馆后马上又得干活，我怎么不看看商店的橱窗，趁机混水摸鱼一下呢？这条街在快分岔到A小道的地方有一家叫做精巧堂的钟表店。我在这里看橱窗里的手表大约有五分钟。因为我的手表旧了，正有意换一只新的，所以看一下嘛。看完手表偶然低头时，我无意间看到一个掉在墙角的白色的小东西。捡起来看才知道这原来是一条女人挂在脖子上的有坠子的项链。坠子上有西洋女人的侧脸浮雕。我想这个东西掉在这里已有一些时候了，只是没有被人发现。我左顾右盼后看到没有人注意，于是把它放在口袋里了。回来的路上我没有遇到任何熟人。因此，我回到“春秋庄”的时间晚了一些。回到旅馆门口的时候，隔壁太太好像对我说了什么，可是我因为急着要进去，所以并没有回答她的话。
我把口袋里的底片拿出来递给女服务员镰田澄子要她交给客人时，本来想把放在另一边口袋里的项链拿出来送她。可是，我想这时候把这个东西拿出来不太妙，晚些时候送给她也不迟。镰田澄子对我很照顾，我对她有好感。后来大概是晚间10点钟左右吧，我到别馆去看洗澡水有没有烧热时，在别馆的门口遇见了镰田。我从口袋里掏出这条项链对她说：“我在路上捡到这个，你有兴趣就送给你。”镰田澄子接到时说声“谢了”，浏览一番后又说：“这好像是进口货，我会好好珍藏的。”……我在A小道之前的钟表店的墙角捡到这条项链是事实，我绝不是偷来的。
女服务员镰田澄子的证词和阿仁连平的供词完全一致。侦查人员询问阿仁于7点半前回到“春秋庄”时的神态如何，她做了这样的叙述：
“我记得阿仁先生当时好像有些气喘。……我因为做梦都想不到这是那个溺毙了的女人的东西，所以没有在早些时候向刑警先生报告。等到阿仁先生被警察人员传讯时，我怕带着这样的东西会受到连累，所以才向警署报告。阿仁先生把项链送给我时，只是说：‘我在路上捡到这个，你有兴趣就送给你’，当时他的神态并没有什么特别的地方。”
既然有如此有力的物证，阿仁连平的涉嫌已成无庸置疑。他于是被起诉了。
检查官的起诉书以下列各点证明被告阿仁连平的罪状。
①阿仁持有被害者的项链。其所谓在O街捡到乃一派胡言。
②残留于被害者xx道内的精液为血液AB型男子的精液，此与阿仁血型吻合。
③阿仁由“春秋庄”至O车站前照相器材店步行往还所费时间过长。通常只需要五六十分钟路程，实际花费时间达七十八钟。多出的时间可推定为阿仁对杉山千鹤子犯罪所费。
④阿仁在去路上曾经为熟人所目击，但在回程上则无。根据推测，阿仁在归程上行色似乎相当仓促。“春秋庄”的邻居主妇曾经目击他回来时的神态证明说“匆匆忙忙地回来，和他搭讪也没有理会”，以及该旅馆女服务员镰田澄子作证说：“阿仁回来时神态慌张，而且略微显得昂奋”——被告行凶后之神态不难由此推测。
检察官基于以上的事实做了这样的推定——阿仁连平于6点10分从“春秋庄”徒步走出后，曾经在路上遇见两个熟人，而后于6点40分左右抵达车站前的照相器材店。他在这里买底片费时约五分钟，于6点45分左右走出商店。他大概这时在车站前看到杉山千鹤子，于是向她搭讪。被害者杉山干鹤子搭乘下午6点10分抵达的电车在O站下车。而后于7点5分前走过吊桥，这段时间她可能是在车站前徘徊着的。由前后时间来推测，被告所称在车站前马路上遇见被害者一词应无疑义。
被告和被害者素不相识，只是见色起意，于是用花言巧语诱惑被害者，一起走过前往吊桥的A小道，于7点前走过这座用桥。依据位于该用桥北岸东侧木炭店主的女儿的证词，她于电视正在播报7点前的气象报告时，曾经目击过一名穿红色衣服的女人和男人一起走过吊桥。虽然这个男人的样子和服装由于黄昏薄暗和距离太远，无法确切辨认，但穿红色衣服的女人为被害者杉山千鹤子，而同行的男人即为被告，这一点应该不难论断。
依据推测，走过吊桥后，被告将被害者带至草地，同时遽然向她要求做爱。由于被害者极力抵抗，因此其项链很有可能为被告所拉断，或在扭打之际掉落。
被告终于以蛮力将被害者压服，以强暴方式逞其兽欲。被害者事后心有不甘，可能声言要向警署报案，或大吵大闹不已。有人于下午7点多钟时听到发自现场附近的女人的叫声，此为证明。
根据推定，顿起杀意的被告由背后将被害者猛力推落T河河水中而使她溺毙。被害者的手脚虽有数处擦伤，但这是因和被告扭打、由背后被推落河里或海里时碰伤的。被害者的尸体流至下游后，到发现现场之因岩礁而构成的死潭处滞留。
依据推测，被告曾经将被害者的手提皮包往河里丢弃，只是T河河心水流相当湍急，手提皮包因而未沉落水底而被冲至下游，始终未被发现。
被告行凶后捡起项链放进口袋中，佯装若无其事地于7点28分回到“春秋庄”。由“春秋庄”至车站前照相器材店，徒步往返时间有五六十分钟就足够，而他这一趟却花费将近八十分钟，其多出时间花费于行凶之上应不难论断。
阿仁回到“春秋庄”后，也真大胆，将抢来的项链送给同一旅馆的女服务员镰田澄子，以便获得欢心。
虽然被告否认犯罪，但不管其如何矢口否认，由于如上物证及情况证据存在，被告将杉山千鹤子推落T河河水中而使其溺死，此为被告蓄意谋杀已昭然若揭。