警方調閱案發現場周邊的監視器，加上目擊者提供的車牌號碼，比對出涉案男子就是余女雇用的聯結車司機蔡永清。調查後發現，蔡永清獨自一人住在南部，唯一和他有聯繫的女兒住在北部，研判應該沒有親友接濟，返回住處的可能性很高，因此派人在他的住家外守候。
另外，也動員警力，針對附近的汽車旅館、漁港、學校、公園，及蔡男可能出入的場所搜尋，並且加強監控小港區對外2條主要道路的往來車輛，果然在近12個小時後，於小港區港源街與平正路口發現蔡男，將他拘捕到案。
蔡永清落網後坦承犯案，警方在他身上搜出一封遺書，他告訴警方，犯案後騎機車到處亂繞，最後決定返回住處自我了斷，不料早一步被逮。警方在他的帶領下，於小港區天順街與港安街口的水溝找到凶刀，又在港安街與漢威街口的資源回收筒，尋獲他做案時穿的血衣及背包，以及死者住家鑰匙、打火機等證物，全案宣告偵破。
警方調查，余姓死者20多年前從中國嫁來台灣，之後並將父母接來台灣同住，余女原本從事保險業，丈夫則是在碼頭當聯結車司機。案發前3年，余夫因罹患癌症，前往中國大陸休養治療，余女便雇用60歲的蔡永清擔任聯結車司機，2人後來進一步交往。
蔡永清供稱，余女所住的透天厝，是他2年前花了200萬元頭期款買的，先登記在余女的溫姓大嫂名下，由溫女以該屋向銀行貸款500萬元，他則擔任連帶保證人，房貸3期也是他付的。
蔡男強調，他原本想將房屋登記在自己名下，隔成套房出租，但余女不願意，還把原本的房子賣掉，帶著父母、女兒全家搬進去，蔡男自覺受騙，索性不繳房貸，並對余女懷恨在心。
蔡男還向警方表示，他和余女交往、買屋後，余女對他的生活瑣事都要管，案發前10天，他住在北部的女兒家中失火，外孫女不幸喪命，他想北上2天探視，向余女借車卻遭拒絕。另外，余女也不滿蔡男北上與前妻見面，還因此不接他的電話，他才憤而興起殺害余女的念頭。
余女家屬原本否認購屋有用到蔡永清的錢，也堅決否定2人交往，但檢警調查發現，蔡男在案發前2年，確實委託代書出售位於屏東縣的2筆房產，且余女所住的房屋，購買時的買受人記載為蔡男，後來蔡的姓名被刪除，改為余女的大嫂，案發前2個月，該屋才又移轉登記到死者名下。另外，蔡男與死者也有一起搭機出國的入出境紀錄，因此採信蔡男與余女曾經交往的說詞。
