由於當年學校沒有裝監視器，檢警只能從現場的指紋及死者生前交友情形進行追查，比對指紋後，排除學校的教職員及學生涉案，所以把調查方向轉往校外人士。
由於當年學校沒有裝監視器，檢警只能從現場的指紋及死者生前交友情形進行追查，比對指紋後，排除學校的教職員及學生涉案，所以把調查方向轉往校外人士。
一名刑警想起，霧峰國小過去曾發生過一起手法類似的性侵案，被害學生Ａ女也在同一間教室遭人綑綁、侵犯，該案嫌犯陳志明事後未出庭、遭到通緝。另一方面，陳志明也曾因五件性侵女童案，入獄服刑五年，而且陳家距離霧峰國小僅一百公尺，有地緣關係，為此，檢警特別進行比對，果然發現氣窗上的一枚指紋，與陳志明相符。
雖然指紋相符，但檢警認為，平常交友單純的二名女學生，不可能無故跟著有性侵前科的通緝犯進入教室，於是訪查二人的親友，並清查二人的房間，結果發現吳姓少女的課本裡，夾著一封從台中成功嶺營區寄出的情書，寄信人陳寶源正是陳志明的弟弟，情書內容顯示，吳女與服役中的陳寶源是情侶關係。
檢警再次比對教室氣窗周邊採集到的指紋，發現其中也有陳寶源的指紋，檢警掌握事證之後，前往成功嶺將陳寶源帶回偵訊，並循線逮捕陳志明。兄弟倆到案後，得知事跡敗露，只能俯首認罪。
陳姓兄弟向檢警供稱，陳志明性侵Ａ女後，Ａ女家長提告，陳志明怕坐牢、逃到北部，遭到通緝，後來他知道弟弟的吳姓女友認識Ａ女，於是趁端午連假返家期間，要弟弟請吳女約出Ａ女，目的是對Ａ女報復。但案發當天，吳女並未約出Ａ女，而是與林姓學妹一起赴約。四人在霧峰國小籃球場碰面之後，陳姓兄弟帶著二名少女進入校園，並以聊天為由，帶著她們從氣窗爬進教室。
進入案發教室之後，陳志明先質問吳女，為什麼沒有把Ａ女約出來？二人爆發口角。後來，他見同行的林姓少女外型清秀，竟起了歹念，拿出預藏的尖刀與童軍繩，綑綁林女及吳女，接著將自己穿的汗衫撕成布條，蒙住二人雙眼，再用膠帶貼住二人嘴巴，並在教室講台上，當著弟弟及吳女的面性侵林女，弟弟見狀，也未阻止哥哥。
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