警方調查，林男及林女原本各自有1子女，林男的孩子由前妻照顧，兩人同居後又生了1子，目前僅3個月大，而被打死的女童是林女與前夫所生。
警方查證，25日凌晨1時多疑因女童哭鬧不休，林男竟暴怒毆打女童，女童被打到喊頭痛，林男於是外出釣魚，約清晨4時多返家，見女童仍未睡就再次施暴。
林男把女童打到到口吐白沫且已無氣息，才覺事態嚴重。林女雖難過，但兩人先把男嬰委託親人照顧後，開車把女童及車子棄置在桃園龜山的第3公墓。
警方表示，兩人再搭計程車前往桃園竹園漁港擬輕生，但似乎念及兩人仍有幼子待照顧，林男於是把林女留在漁港後獨自離去。過程中，林男曾打電話給改造車子的車友並告知輕生念頭。這名車友趕緊報案，警方才循線找到車子及林女。
樹林警局調派大批外勤幹員以小蜜蜂方式動態監控，最後在板橋區民生路巷弄發現林男蹤影，於是調派兩部車前後包抄，順利在報案後24小時內逮獲。
新北地檢署檢察官楊唯宏先訊問後，將林女列關係人，經相驗女童後認有解剖必要，預計在星期二早上解剖，以確定死因。
警方在偵訊林男後發現與林女供詞不符，今天下午再傳訊林女，初步懷疑林女也涉動手教訓女童，於晚間移送檢方複訊，檢方訊後認定兩人涉犯殺害兒童、遺棄屍體罪嫌重大，有逃亡、串證之虞，向法院聲請羈押禁見。