犯案後，曹躲回當時居住的遊民收容所。不久，警方獲報趕到命案現場，因女童面目全非，身分無法辨別，加上當年監視器尚未普及，案情陷入膠著。一週後，一名婦人主動向警方提供線索，指案發當天，曾見曹帶著一個小女孩在命案現場附近出現，警方立刻前往收容所逮捕曹，經DNA比對，確定他就是凶手，而當天正好是女童的頭七。
面對警方偵訊，曹自知罪證確鑿，坦承犯案，並加碼自爆，女明星湛蓉命案也是他幹的。曹供稱，1993年7月1日，他潛入內湖一間小套房行竊，沒想到屋主湛蓉在家，當場被發現，曹先用木棍打昏湛蓉，現場搜刮1千500元現金後，因擔心遭指認，所以用絲巾勒死對方，再點火焚屍。
針對二起命案，檢察官起訴曹、求處死刑，但曹卻在法院審理時翻供，否認犯下湛蓉案，法官也認為，除了自白，沒有直接證據證明曹犯案，該案最後只能判他無罪，但女童姦殺案罪證確鑿，曹仍被判處死刑，槍決伏法。不料槍決隔天，獄友發現曹的遺書，他在遺書中提及自己另外犯下4起命案。
曹的遺書寫道，他殺害4名女子之後，都棄屍於警察公墓，他將其中一名死者分屍，把屍塊裝進竹籠，再放入石塊，沉到警察公墓的水池中，另外3名死者則被埋在警察公墓廢棄空屋旁20步的位置。警方獲報後，動員人力潛入池中打撈，並找來挖土機開挖，卻一無所獲，究竟是因時間久遠，導致屍骨無存，還是曹只是想藉相關命案拖延執行死刑的時間？至今仍是一個謎。
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