警方清查發現，機車車主就是張玉庭，進一步調查又發現，他有殺人未遂、迷姦、強盜、縱火等多項前科。資深刑警回憶，過去偵辦張男犯的刑案時，曾發現他有「犯後回到現場觀察」的習慣，這一次他出現在外雙溪命案現場，引起警方高度懷疑。
為確認張玉庭與本案到底有無關聯，警方特別到張家訪查，但他不在家，家屬告訴警方，張男自稱到新北石門的十八王公廟看廟會，被鞭炮炸傷腿部，所以包著紗布回家，後來因傷勢惡化，到醫院住院治療，但不知去哪家醫院。掌握訊息後，警方調閱各醫院的急診與燒燙傷門診紀錄，發現張男確實曾到內湖的文德醫院就醫，後來又轉診到台北馬偕醫院。
鎖定張玉庭涉案之後，警方搜索他的轎車，發現車內相當乾淨整齊，彷彿刻意清理過，不過，員警把手伸進後車箱死角摸索，竟然從縫隙中拉出一隻高跟鞋，比對後，確認與死者腳上那隻鞋是同一雙，不僅尺碼一樣，鞋底磨損痕跡也一致。
另外，警方在車輛保險桿下緣，還發現泥塊與草根，植物專家鑑定指出，這種草在台北市並不常見，主要分布在特定山區，與命案現場狀況相符，加上命案現場的輪胎印，與張玉庭轎車的胎紋、輪距高度吻合，顯示這輛車曾出現在案發處。更重要的是，警方還發現，張男的車燈電線被剪掉一截，車內還有一段橘色電線，線材的顏色、型號與批號，都與綑綁死者雙手的電線相同。
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