夫婦が失踪してから5年後の2009年（平成21年）11月21日午前、月極駐車場の屋根付きガレージの管理者が「もう1台分借りたい」という、月極契約者からの申し出を受けた。そのため、過去にSが借りて以来、借り手がおらず未契約状態となっていたガレージのシャッターを開けたところ、ガレージ内に所有者不明、未契約の、銀色の乗用車が駐車してあった。車のドアは施錠されており、エンジンキーはなかった。これに加え、水色のドラム缶2個が前述の乗用車とともに放置されているのも発見された。同23日午前11時15分頃、管理者は大阪府警泉南警察署に「不審な車とドラム缶2個がある」と通報した。これを受け11月25日午後1時半頃、泉南署員が現場を確認し、泉南署員がドラム缶を開けたところ、ドラム缶の中から成人の男女とみられる遺体各1体が発見された。ドラム缶の中にはいずれにも土・砂が入っており、遺体は布にくるまれた上、ビニール袋に入れられ、粘着テープで留められた状態で砂に埋まっており、ドラム缶のふたは金属の留め具で密閉された上ブルーシートで覆われていた。2遺体とも腐敗が激しく、死後数カ月から数年経過していると推測され、それぞれ服を身に着けており、一方の遺体は女性用下着・パジャマ姿だった。乗用車はナンバープレートを照会した結果、2004年12月3日夜に行方不明になり捜索願が出されていた、被害者夫婦のものと判明した。このことから大阪府警は、遺体はこの夫婦ではないかとみて、死体遺棄事件として捜査を開始した。『朝日新聞』の取材に対し、ガレージの関係者は「遺体が見つかった車庫は、5，6年間借り手がおらず空きっぱなしだった」と、別のスペースを借りている利用者は「現場の車庫は、以前誰が使っていたか全く覚えていない」と、それぞれ証言した。11月26日、大阪府警の捜査で、夫婦が失踪した直後の2004年12月4日・6日、夫婦の所有していた銀色の乗用車が、国道26号を走行し、和泉市付近から阪南市方面に向かう複数の地点を走行していたことが判明した。このことから大阪府警は、夫婦が車で阪南方面に向かった後、何らかのトラブルにあったか連れ去られた可能性があるとみて、発見された遺体の身元確認を進めるとともに、ガレージに乗用車が放置されたままになっていた経緯の捜査を進めた。また車・ドラム缶が発見された際、車のそばには使いかけの砂袋が開封された状態で、ガレージ内部に放置されていたことも判明した。ガレージは屋根付きの上、シャッタが閉じられたままだったためかドラム缶は錆などの劣化がなく、新品に近い状態だった。そのため大阪府警はドラム缶・砂袋ともに、購入直後に使用された可能性が高いとみて捜査した。これに加え、現場に残されていた車の持ち主であった被害者夫婦の自宅横にある会社事務所に、血だまり・点々とした血痕が残っており、その血液からは男性のDNA型が検出されていたことが判明した。また捜査関係者によれば、現場ガレージが最後に賃貸されたのは事件から約5年前で、数カ月間借りられていたが、その後は空きになっていた。このことから大阪府警は、5年前に契約し保証金・1か月分の賃料を払って以降連絡を絶ち、鍵も返却していなかった最後の借り主であるSが何らかの事情を知っている可能性が高いとみて、26日午後、重要参考人としてSを事情聴取した。大阪府警捜査一課は同日司法解剖の結果、遺体の身元を現場にあった車の持ち主で2004年12月に失踪した夫婦と断定した。死亡推定時期はいずれも失踪時期の2004年12月頃で、妻の遺体は肋骨・右足を骨折しており、死因は2人とも鈍器のようなもので頭を強打されたことによる脳挫傷だった。大阪府警は、夫婦が殺害された後ドラム缶に遺棄されたとみて、殺人・死体遺棄事件として泉南署に捜査本部を設置した。その上で捜査本部は、駐車場の最後の借主だったSが過去に夫婦宅のリフォーム工事を手掛けていたこと、夫婦が失踪した直後の12月7日、駐車場を契約した後、シャッターの鍵を返却しないまま管理者との連絡を絶っていたこと、夫婦が失踪した後、会社事務所から預金通帳などがなくなっていたことなどから、窃盗容疑で逮捕状を請求した上で、Sを逮捕した。逮捕容疑は、夫婦が失踪した2004年12月3日夜から翌4日朝にかけて、夫婦宅から現場駐車場で発見された妻名義の乗用車（約100万円相当）・男性の高級腕時計2個（計約140万円相当）を盗んだ疑い。なお死体遺棄罪は、公訴時効（3年）が既に成立していたため、府警は窃盗容疑でSを逮捕後、夫婦が死亡した経緯について、詳しく追及する方針を固めた。取り調べに対しSは、夫婦の死亡・遺体の遺棄への関与を否定したが、車を駐車したことは認めた。その車を検証したところ、2004年12月7日付の、Sがガレージを契約した際の賃貸契約書・男性の腕時計の保証書が発見されたほか、血痕も検出された。また大阪府警はS宅を家宅捜索し、管理者に返却されていなかったガレージのシャッターの鍵・男性の腕時計を質入れした際の預かり証を、発見・押収した。これらの証拠から大阪府警は、血痕は夫婦のものとみて鑑定を進めるとともに、Sが夫婦の死亡経緯について何らかの事情を知っているものとみてさらに厳しく追及した。その後の取り調べの結果、男性の携帯電話から、失踪の4日後（12月7日）、親族に対し「しばらく休む」とのメールが送信されていたこと、その後携帯電話はドライブモードに設定され、連絡が取れない状態が続いた後、電源が切れたことが判明した。夫婦の自宅敷地内の事務所には、前述のように血だまりがあり、事務所で何者かに襲われ、連れ去られた疑いが強いことから、大阪府警は、夫婦が自らの意思で連絡を絶ったように、何者かがメールで偽装工作をしたとみて、Sを追及した。12月1日までに、大阪府警が堺市内のS宅を家宅捜索したところ、前述のシャッターの鍵などだけでなく、夫婦のクレジットカードも発見・押収されていたことが判明した。カードは夫婦の失踪以降、一度も使われた形跡がなかった。また、Sが夫婦の高級腕時計2個を、質入れ・換金したのは、失踪が発覚した当日（12月4日）だったことも判明した。このことから大阪府警は、クレジットカード・腕時計ともに、失踪時に盗まれた疑いが強いとみて、Sがカードを入手した経緯を追及した。また大阪府警は会社事務所内に残っていた血だまりから、夫婦のDNA型を検出した。遺体はいずれもパジャマ姿で、夫婦宅寝室の掛け布団がめくれあがっていたことから、夫婦が異変を感じ、夜中に目を覚まし事務所に様子を身に出たところ何者かに襲われ殺害されたと、大阪府警は推測した。事件当時、夫婦宅の駐車場に駐車してあったという夫婦の車のトランク内には、夫婦のものとみられる血痕があったため、大阪府警は夫婦を運び出すのに使われた可能性があるとみて、車の入手経緯についてもSから事情を聴いた。それまでの取り調べに対し、Sは、「腕時計を質入れした」「12月7日にガレージを借りた」「夫婦の車を自ら運転し、ガレージに駐車した」という3点については認めたが、いずれもその動機を「知人に頼まれたため」と供述した。そしてドラム缶については「ガレージを借りたときはなかった」と説明した上で、逮捕容疑である窃盗容疑、夫婦の失踪・死亡への関与は、いずれも否定した。大阪府警捜査一課・泉南署捜査本部は、12月17日、それまでの逮捕容疑とは別の窃盗容疑で、Sを再逮捕した。逮捕容疑は、2003年11月22日頃、Sが夫婦宅で、妻の腕時計（約30万円相当）を盗んだ疑い。一方で、大阪地方検察庁は同日、最初の逮捕容疑について処分保留とした。2010年（平成22年）1月6日までに、車のトランクから検出された血痕は、夫婦のものであることが判明した。これを受け、大阪府警がSを再度追及したところ、それまでは取り調べに対し、「車を運転してガレージに駐車したが、ドラム缶は既に中にあった」と供述し、夫婦の遺体を遺棄したことを否定していたSが、一転して「ある人物に頼まれ、夫婦の遺体をガレージに車で運び、自分で買ったドラム缶に移した」と供述し、死体遺棄容疑を認めた。一方で、Sは殺害については「知らない」と否認を続けた。死体遺棄罪の公訴時効は3年で、この時点で既に時効が成立していた可能性が高かったが、大阪府警は、遺棄した時期の特定とともに、夫婦の死亡した経緯について、引き続きSを追及した。2010年1月8日、大阪地方検察庁堺支部は、事件前の2003年、夫婦宅から腕時計を盗んだ窃盗罪で、Sを大阪地方裁判所堺支部に起訴した。これについて、Sは起訴事実を認め、取り調べに対しても、死体遺棄容疑については認めた反面、依頼者とされる人物に関しては「連絡先は知らない」など、曖昧な供述を続けており、その存在は確認できなかった。なお、捜査一課が遺体発見を受け、失踪当時に採取した証拠品を、再度確認したところ、失踪当時に「採取」と記録されていた、未鑑定の毛髪・血痕の一部、計約10点が見当たらないことが判明した。当時、鑑定せぬまま和泉署に保管していた、これらの紛失された証拠品の中に、夫婦失踪に関与した者の毛髪などが含まれていた可能性があったため、大阪府警は「紛失は誠に遺憾だ。今後、指導を徹底する」という、刑事総務課長名義の声明を発表した上で、関係者の処分を検討した。事件発生から丸6年となる2010年12月3日、大阪府警捜査以下は、Sが夫婦を殺害したとして、強盗殺人容疑で再逮捕した。凶器など、Sが殺害に関与したことを示す物的証拠や、自供などと直接証拠は得られなかったが、大阪府警は1年余りの捜査で、状況証拠を積み重ね、強盗殺人容疑での逮捕に踏み切った。取り調べに対し、Sは今は話すことはできません」と供述した。また、夫婦の高級腕時計を質入れして入手した、約50万円の大半は、Sが1人で使い切っていたことが、12月4日までに判明した。現金を他人に分配した形跡はなかったことから、大阪府警は、Sが主張する「第三者」が存在しないことを裏付ける事実とみた。夫婦の失踪から丸6年となったこの日の逮捕を受け、被害者遺族一同から「命日の日に、ようやくなき両親に報告させていただくことができました。遺族として、今後の経過を見続けていきたい」とのコメントが、報道陣に配布された。12月5日までに、Sは府警の取り調べに対し、男性の携帯電話から、親族に生存を装うメールを送信したことを認める供述をした。Sは「闇金業者から偽装を指示された」と供述したが、府警は、Sによる偽装工作とみて追及した。また、大阪府警がドラム缶付近で発見されたタオルを調べたところ、Sの血痕が付着していたことも判明した。大阪府警はSが夫婦を殺害した際、抵抗を受けて負傷しその際の血液を拭き取ったものとみて調べた。大阪府警は翌12月5日、Sを大阪地検に送検した。2010年12月24日、大阪地検堺支部は、Sを強盗殺人罪で大阪地裁堺支部に追起訴した。この時点でもSは黙秘を続けており、物的証拠などの直接証拠も乏しいが、状況証拠から有罪の立証が可能と判断した。2011年（平成23年）1月15日、大阪府警捜査一課は、2008年7月14日、堺市西区内の元同僚男性宅に、合いかぎで侵入し、高級腕時計・ネックレス（計約25万円相当）を盗んだとして、窃盗・住居侵入の容疑でSを再逮捕した。Sはその事件後これらの被害品を質入れし、計30万円を受け取っていた。取り調べに対し、Sは「何も話したくない」と黙秘した。