逮捕后，刘学强在自白书中坦承犯案。其于自白书中指出，他于去年（1990年）4月7日在高雄车站前的建国三路骑楼看见独自背着背包的井口真理子，上前搭讪才发现真理子是日本人，在笔谈后得知真理子欲寻找住处，便骑机车将真理子载回小港区住处，随后两人一同前往澄清湖、凤山、大统百货等地游玩，当晚真理子便随同刘学强返回其住处休息。关于杀人经过，刘学强供称他于8日清晨持十字弓向井口真理子头部发射四箭后，将其头颅砍下放入塑胶袋，尸体则以床单包裹，连同作案穿着的血衣、作案用的十字弓、井口真理子的背包，分散在不同地点丢弃。在弃尸时