警方調查，45歲的施嫌10日犯案後，隨即搭計程車到桃園南崁，再搭客運到台中轉車前往彰化向朋友借錢，隨後前往嘉義監獄舊宿舍廢墟待了一晚後，再搭計程車躲到阿里山茶山地區，由於擔心警方查緝，再逃亡到嘉義市區。
施嫌逃亡過程中，難以入眠，除躲藏廢墟外，也曾窩在路邊，且他為躲避警方查緝，佯稱手機沒電，曾多次向檳榔西施借手機，除了打給朋友外，還去電給母親問安「阿母你現在好嗎？」媽媽回應「好阿」便掛斷電話。
經過5天逃亡，施嫌自知難逃法網，加上警方實施堅壁清野，斷絕施嫌後路，施嫌去電告知母親要出面投案，母親得知後，通知住在嘉義縣太保市的舅舅，請他先和施嫌聯繫，員警再和施嫌母親與弟弟相約在附近便利商店，最後決定由弟弟先前往勸說施嫌。
「我要投降」施嫌昨天下午近6時，高舉雙手，赤腳淋雨於太保市出面向警方投案，警方隨後起獲改造手槍1把，子彈2顆。施嫌到案後身上僅剩新台幣3000元，他向警方供稱，手槍是死去的友人猴子寄放，共有3顆子彈。
施嫌表示，案發當天由父母開車先帶他到龍潭女子監獄，探視正在服刑的女兒，但因故未能見面，隨後前往汐止區福德一路寵物店欲挽回妻子，進入店內後拉著潛女大喊「跟我走」，潛女不從，他原本只想持槍嚇唬對方，未料誤扣扳機，不慎朝潛女左眼窩射擊，警方訊後依殺人罪移送士林地檢署偵辦。