由於柯婦失蹤時機車倒地，警方研判，那即是第一現場，歹徒應該就是當天開車進果園的人。雖然警方努力調查，希望釐清案情、確認男性死者的身分，卻沒有進展，最後決定抽乾水池，期望找到更多蛛絲馬跡。面積不小的水池水深近3公尺，蓄水量可觀，警方花了6小時才抽乾，原本期待找到死者的手機或證件，卻一無所獲。
案發一週後，警方終於根據男性死者的DNA，查出他是家住台南市區、從事園藝造景生意的失蹤人口陳姓男子，他在同年9月13日告訴家人，要跟朋友到台南玉井山區看「樹種」後，從此人間蒸發。
警方調查，45歲的陳男離婚有女友，他當時在楠西鄉承攬水利局的綠美化工程，經濟狀況不錯，不太可能為錢殺害柯婦，警方懷疑，他可能是因為工程或感情糾紛遭到歹徒挾持、殺害，柯婦不巧撞見命案，才慘遭滅口。根據陳生前的手機訊號位置顯示，案發當天上午11點到下午4點，他都在玉井地區繞行，4點後才進入南化山區，警方推測，他遇害的時間就在4點後。
直到30日，警方在陳男女友住處找到他和男子柯世銘簽的買賣契約，又查出柯女友的休旅車，與13日開到南化芒果園的車款一致，因此鎖定柯男等人涉案。
最後，警方在台南市一家PUB逮捕老闆柯世銘等3男1女，雖然柯否認犯案，但共犯陳俊傑、江武哲坦承協助柯殺人棄屍，柯只能俯首認罪。
