直到案發第43天，警方重新勘驗死者的頭顱，結果意外發現，頭顱的右顴骨位置，竟然浮現出1顆黑痣，警方士氣大振，立刻比對失蹤女子照片，很快鎖定同年9月6日失蹤的張姓女會計。警方調查，24歲的張女從屏東到台北工作不久，是個樸實的女孩，交友單純，雖然非常年輕，但已在5家公司當過會計，經驗豐富。
警方從張女失蹤當天的行蹤展開追查，發現她上午8點從租屋處出發，搭公車到台北市杭州南路、濟南路口的公司上班，9點多再前往台北市長安西路的動物用藥商業同業公會領會員證，10點45分離開後，又到一家會計師事務所洽公，離開之後就沒再出現過。
死者的身分確認之後，媒體的討論度又開始加溫，甚至有雜誌用死者的生活照當封面，詳細報導分屍案最新進度，但距離破案始終欠缺臨門一腳。正當案情陷入膠著之際，警方接到1通從南部打來的神祕電話，宣稱凶手是1名住在台北的林姓男子，警方一查，發現他在江子翠分屍案曝光當天，因為企圖性侵1名應徵工作的女子，遭警方逮捕，收押在看守所中。
警方立刻搜索林男住處，發現屋內有大量的血跡和毛髮、張女的指紋、張女手寫的求職資料、分屍用的凶刀等證物，也在其住處旁，找到棄屍用的機車，而且他9月分的用水量暴增好幾倍。此外，警方也在張女的租屋處，發現林的徵才廣告，林自認無從狡賴，坦承犯下殺人分屍案。
林男告訴警方，他貼出徵才廣告，開出每個月6千元的高薪，張女看到之後與他聯繫，同年9月5日，張到他的住處應徵，2人相談甚歡，張留下個人資料之後，就回家等通知。隔天，張前往動物用藥商業同業公會之前，先到林的住處聊了一下，之後林騎機車載張到公會，等她辦完事，再從會計師事務所載她回住處，2人進入屋內後，林隨即拉下鐵門反鎖，企圖非禮張。
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