警方和鑑識人員趕到位於天津市靜海區的靜海一中，發現案發宿舍房內有8個床位，卻只有7具屍體。從房內殘留的刺激氣味、女孩們嘴角的白色泡沫、大小便失禁、死前痛苦掙扎的姿態，判斷她們死前服用了劇毒農藥，且從案發現場看來，從毒發到身亡最長不超過20分鐘。
經過化驗，確定7名死者死於有機磷中毒，在死者腸胃內、嘔吐物和杯子裡都驗出劇毒農藥甲拌磷，奇怪的是在她們的嘔吐物內還驗出蘋果，而杯子、水果刀上都驗出唯一的倖存者──17歲孫姓少女的指紋。
嫌疑最大的孫女隨後在宿舍附近被人發現，於24日被捕，3名店員指證孫女在案發前曾購買500公克的農藥，經過長時間且不斷加大壓力的審訊，原本一言不發的孫女終於開口。
原來投毒案的主謀是死者之一的劉姓少女，也是與孫女關係最好的室友。劉女與交往1年多男友分手，挽回不成萌生死意，又怕黃泉路上孤單，居然要求好友孫女幫忙買農藥、留下來控制場面讓室友不要對外求救。
22日晚上，劉女謊稱農藥是從家裡帶來「預防肺結核的藥」，將農藥分裝給6位室友哄騙她們喝下，雖然氣味難聞，不過女孩們怎麼會懷疑朝夕相處的室友？劉女看室友都喝了，才將農藥一飲而盡。
甲拌磷只需2mg就可致命，喝下一杯農藥的女孩們很快就感覺不適，沒有喝農藥的孫女此時負責安撫工作，說這是飲藥後的正常反應，勸她們不要吵到其他舍胞免得挨舍監罵，還替室友們倒水削蘋果，目睹室友們的生命在痛苦中快速流逝，一夜無眠，直到天亮了她才推門出去。
儘管律師努力為孫女爭取無罪判決，口供取得也有瑕疵，1999年7月28日，七仙女案二審判決仍維持故意殺人罪，考慮到孫女未成年未處以死刑，以無期徒刑代替，終審裁定。6名女孩的喪葬與其他賠償費由孫女、劉女的父母，以及校方共同負責。
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