校方接獲通報後立刻報警，警方初步勘驗發現，二名死者身上沒有證件，看起來像是國中生，衣著大致完整，教室內的桌椅並不凌亂，現場也沒有激烈打鬥的痕跡。警方詢問老師，確認放假前已將教室門窗鎖好，而大門沒被破壞，窗戶也沒被撬開，只有氣窗被打開。
為了緝凶，鑑識人員仔細蒐證，結果在氣窗附近採集到多枚指紋，因為氣窗位置較高，四年級小學生不易碰觸，加上學校在連假前有做過大掃除，警方認為這些指紋是重要線索，二名死者應該是在凶手帶領下，從氣窗爬進教室，最後在教室裡遭到殺害。
由於無法確認死者身分，警方只能先從二名少女的衣著進行推論，因二人衣著輕便，腳上還穿著拖鞋，研判應該不是外地人。命案消息傳開後，二名失蹤少女的家長到場指認，確認死者就是他們的女兒，二人都是霧峰國中學生，林姓少女讀國一、吳姓少女讀國三生，二人是鄰居也是好友，經常相約外出。
家屬表示，二人昨天一早共騎一輛腳踏車出門，沒想到再也沒有回家，警方後來也在霧峰國小後方，找到二人騎出門的腳踏車。
警方初步勘驗後，報請地檢署指揮偵辦，法醫相驗屍體，發現林姓少女有遭性侵的跡象。二名國中女生為何會在端午連假期間，進入霧峰國小的教室？如果是被陌生人綁架，教室內外應該會有明顯的掙扎痕跡，但現場並不凌亂，只有氣窗開啟，所以她們可能認識凶手，才會自願進入教室，至於凶手是誰？只有一個？還是好幾個？檢警抽絲剝繭，逐一釐清。
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