長年膠着していた捜査が急転換を迎えたのは、事件発生から約18年が経過した2026年11月のことでした。兵庫県警捜査本部は、2004年に岡山県津山市で小学3年生の女児を殺害した罪などで無期懲役が確定し服役中だった勝田州彦受刑者（逮捕当時45歳）を、たつの市の事件に関与した殺人未遂容疑で逮捕しました。
長期間の捜査の壁を打ち破った決定打は、兵庫県警による未解決重要事件の徹底的な洗い直しでした。過去の防犯カメラ映像のデジタル解析技術の向上、当時の不審車目撃情報の再照合、そして勝田受刑者の行動履歴と当時の地理的行動パターンの緻密な突合が重ねられました。
任意聴取の段階で、勝田受刑者は事件への関与を認める供述を始めました。その供述内容には、「犯人しか知り得ない秘密の暴露」（女児の刺傷部位の状況、襲撃時の凶器の形状、逃走経路など）が複数含まれており、これが逮捕・起訴に踏み切る決定的な証拠となりました。
