為了拆穿吳宜樺的謊言，五分局刑事組押解嫌犯現場模擬，承辦警官張承瑞還扮演死者，要她供出作案細節，但吳女一下子說是在汽車前座悶死A少女，一下子又說是在前座騙她吃藥，在後座悶死對方，供詞反覆不一，警方更加認定她預謀殺人。
甚至在警方反覆偵訊過程，她還狡猾的說：「你猜啊！猜對了我就告訴你真相」，於是，為了突破其心防，警方派員搜索吳宜樺住處，終於找到讓她「一槍斃命」的證據。
警方查扣吳宜樺的電腦，裡面有作案計畫，更重要的是，吳女預先寫了一封給少女母親的遺書，上面寫著：「真的對不起，不奢求你們的原諒，只希望這樣的事能趕快過去，因為我知道你們得承受很大的壓力和輿論」、「我會在另一個國度好好照顧自己，也會好好照顧X。」
給自己父母的遺書則說：「這3年來我跟X，有很多不可告人的事，你們從來也不知道。現在悲劇終於發生了…」其中一句：「事情應該是我先殺了她，然後再自殺」則成為警方最後突破吳宜樺心防的有力證據。
吳宜樺終於坦承，5月19日，她寫了遺書，決心去死，然後到學校載A少女，她開車到蝙蝠洞，讓少女吃下最喜歡的壽司，這是她讓愛人享用的最後一餐，接著，她問女孩，要不要在一起？被拒絕之後，她又苦苦哀求少女跟她殉情，她說：「我要死，妳要不要跟我一起死」，少女當然不願意，於是她拿出早就摻有安眠藥的味增湯，讓對方喝下，痛下殺手。
至此，預謀殺人的證據相當明確，張承瑞說，這絕對不是殉情，殉情是兩人都決心一同赴死，她這是卑鄙的謀殺，A少女是「被殉情」，更可恨的是，吳宜樺殺人很果決，要殺死自己卻下不了手！
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