事態の重さを重くみた警察当局は、管轄を越えた大規模な捜査態勢を敷いた。島根県警察と広島県警察は合同捜査本部を設置し、延べ数万人に及ぶ捜査員を投入。不審車両の特定や聞き込み捜査を徹底的に進めた。
事件は正式に島根女子大生死体遺棄事件として指定され、全国から膨大な情報が寄せられたものの、捜査は難航を極めた。遺留品が極めて少なく、目撃証言も途絶えたことで、事件は長期化の様相を呈する。しかし捜査員たちは諦めなかった。過去の性犯罪歴を持つ人物や周辺の通行車両を泥臭く洗い出し続ける執念の追跡が、やがて予想外の結末へとつながっていく。
