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경찰은 피의자들이 2~3개월이나 범행을 준비한 것으로 보고 있다. 범인들 가운데 A씨와 B씨는 범행 하루 전인 28일 서울로 와 다음 날 오후 4시쯤 피해자 사무실 인근에 대기하다가 오후 7시쯤 퇴근하던 D씨를 미행한 것으로 조사됐다.
이후 이들은 오후 11시46분쯤 강남구 역삼동 아파트로 귀가중이던 피해자를 납치해 준비한 차량에 태웠다. 저항하는 피해자를 폭행해 강제로 차에 태운 피의자들은 피해자와 이동하는 과정에서는 주사기를 사용했다는 진술도 한 것으로 전해졌다.
납치 장면을 본 목격자가 신고를 해 경찰이 추적에 나섰다. 그러나 피의자들은 30일 오전 0시12분쯤 서울톨게이트를 빠져 나가 경부고속도로를 타고 0시22분쯤 마성IC, 0시41분쯤 경기용인터미널 사거리를 지났다.
피해자 시신을 유기한 피의자들은 오전 6시55분쯤 대전 유성IC를 지나 대전 대덕구까지 이동해 렌터카로 갈아탄 뒤 청주 상당구로 가서 따로 택시를 타고 경기 성남시로 이동했다.
경찰은 30일 오전 8시쯤 대전에서 범행에 이용된 차량을 발견했다. 차량에서는 혈흔이 묻은 고무망치, 목베개, 청테이프, 케이블타이 등이 발견됐고 주사기도 확인됐다.
피의자들은 이후 도주 과정에서 추적을 피하기 위해 현금을 쓰고, 옷을 갈아입은 뒤 도보와 택시를 번걸아 타기도 했다.
경찰은 서울·경기남부·대전·충북경찰청 형사 172명으로 구성된 수사팀을 동원해 A씨 등이 사전에 준비한 대포폰 번호를 특정해 결국 피의자들을 체포했다.
경찰은 범행 발생 이틀만인 31일 오전 10시45분쯤 A씨를, 오후 1시15분쯤 공범 B씨를 경기 성남에서 검거했다. 이들 진술을 토대로 또 다른 피의자 C씨를 오후 5시40분쯤 서울 강남구 논현동에서 긴급 체포했다.