警方獲報趕赴現場，圍起封鎖線蒐證，發現老翁身上有多處刀傷，他的上衣及隨身背包、登山杖都在涼亭內，財物沒有失竊，根據血跡噴濺痕跡研判，涼亭就是命案第一現場。警方進一步調查發現，老翁其實在前一天清晨6點就出門爬山，直到中午都沒返家，家屬擔心他的安危，早已報警協尋。
家屬說，老翁生活單純、身體硬朗，唯一的興趣是每天早上到四獸山爬山、練氣功，實在不知道是誰下的毒手。為了緝凶，警方大規模搜索，但山徑小路沒有監視器，老翁何時遇害？凶手是誰？動機為何？都是警方亟欲釐清的重點。
首先，警方在涼亭地上發現1只手錶，經家屬指認，確定是老翁所有，而錶面上的指針則停在7點26分，警方大膽研判，手錶應該是老翁與凶手拉扯時掉落，7點26分就是老翁遇害的時間。除此之外，警方還在現場找到1個用來裝小狗排泄物的淺色垃圾袋，但就是沒有疑似凶刀的刀械。
時任台北市警局刑警大隊偵五隊隊長的林弘基回憶，警方當時根據老翁遇害的時間，訪查方圓300公尺內的住戶，並清查列管的治安人口，當天中午，警方到附近1處宮廟查訪，宮廟人員告訴警方，該涼亭位處偏遠，少有人煙，但對每天早上都來登山的老翁頗有印象。
訪查過程中，眼尖的刑警發現廟內放有捆捲式垃圾袋，與命案現場尋獲垃圾袋的顏色、型式相同，同一時間，轄區信義分局福德派出所清查治安人口，也有了斬獲。原來，當地有1名周姓少年，2年前曾犯下隨機殺人案，而他就住在四獸山山腳下，距離命案現場僅200公尺，有地緣關係。
宮廟人員聽聞，隨即表示周姓少年是其遠親，常帶狗到附近散步，還多次拿藍波刀在山區「練刀」，警方認為他可能就是凶手，立刻前往其住處找人，但周不不在家，家中也沒有血衣、凶刀。家人說，他前一天就南下桃園找表哥，為了確認，警方調閱周邊監視器畫面，發現老翁遇害當天早上，周出門遛狗，8點多匆忙返家，下午又倉皇離家。
