同日、福岡県警捜査本部による捜査の結果、諏訪川に沈められた車から遺体で見つかったA・B・Dの被害者3人について大まかな殺害方法・場所が判明した。そのうちAは、前述のように9月17日、大牟田市本町のアパートでK1一家4人と口論になりK1らが殺害しようとした。妻K2が諫めたことでその場はおさまったが、ワゴン車にAを載せ全員で大牟田市西新町の大牟田港岸壁に移動した。その際、次男K4がひも状のもので首を絞めて絞殺した可能性が高いことが判明した。一方でB・D両名は9月16日か17日頃、Bの母Aの軽乗用車で行方不明になっていたBの弟Cを捜索していたところ、K4らに呼び止められた。K4らはその後、Aの殺害現場から約1km離れた大牟田港付近の埋め立て地まで連れて行き、軽乗用車内にて拳銃で射殺した疑いが強いことが判明した。その後4人はAの遺体を軽乗用車の荷台に乗せ、9月18日午前3時半ごろ大牟田市沖田町の諏訪川に車ごと沈めた。このように殺害方法・場所の特定が進んだことから福岡県警捜査本部は、Aら3人の死体遺棄容疑で逮捕されたK1ら一家4人を、翌週中にも殺人容疑で再逮捕する方針を固めた。
2004年10月22日、福岡地検久留米支部はA・B・Dの3人に対する死体遺棄罪で拘置期限が切れるK2・K3・K4の3被疑者を、福岡地方裁判所久留米支部に起訴した。被疑者K1は拳銃自殺を図って入院し逮捕が遅れたため、2004年10月28日が拘置期限となっていたためこの日は起訴されなかった。被疑者4人とも取り調べに対し、この3人に対する死体遺棄罪について大筋で認めた。
福岡県警捜査本部は2004年10月14日、被疑者K3立ち合いの下、大牟田港岸壁などで現場検証を行った。翌10月19日には被疑者K3を立ち会わせ、同様の場所で現場検証を行った。
2004年10月15日、Aら3人の死体遺棄容疑で逮捕された被疑者K2が「9月17日か18日、出入りしていた大牟田市本町のアパートで夫K1、息子K3・K4とともに被害者Aと会った。Aと口論になり、K1ら3人がAを殺そうとしたため自分が止めた。その後全員で市内の港に移動した後（息子らが）Aを殺害した」と供述した。その一方で、自ら殺害行為に加担したことは否定した上で、ともに遺体で発見されたB・D両名については「いつ、どこで殺されたかは知らない」と供述した。捜査本部はK2とAの間にあった金銭トラブルが犯行の主な動機と見た上で、夫K1や息子K3・K4の3被疑者がAを殺害したとみて殺害方法・場所の特定を急いだ。
2004年10月14日、福岡地検久留米支部はCの死体遺棄容疑で逮捕された被疑者K3について、母K2と同様の理由で処分保留とした。Cの死体遺棄容疑における勾留期限は切れたが、K2・K3両名はAら3人の死体遺棄容疑で再逮捕されていたため引き続き拘置された。
2004年10月12日、福岡地方検察庁久留米支部はCの死体遺棄容疑で逮捕された被疑者K2について「本日で勾留期限が切れるが犯行の状況を含め事件の解明に至っていない」として処分保留とした。
同日までの取り調べの結果、被疑者K2は「夫K1や息子がAら3人を殺すのを止めようとしたがどうしようもなかった」と供述した。一連の事件で被疑者が殺害の実行役に関して具体的な供述をしたのはこれが初めてだった。。福岡県警捜査本部はこの新供述について「息子」とはK3・K4のどちらを指すのかの特定や殺害方法などの追及を進めた。
2004年10月13日までの取り調べの結果、A・B・Dの3人の遺体を遺棄した死体遺棄容疑で逮捕された被疑者K3が、それまでの全面否認から一転して容疑を認める供述を始めた。これにより一家4人全員が容疑を認めたこととなった。一方K1・K4両被疑者は「全て自分がやった」と供述していたが、それぞれ矛盾することから福岡県警捜査本部は供述の裏付けを急いだ。一方捜査本部が、B・D両名に向けて発砲された拳銃とK1が大牟田署で自殺を図った拳銃について銃弾の線条痕を鑑定した結果、線条痕が一致したため同一の拳銃によるものであったことが判明した。
天正10年（1582年）の山崎の戦いで明智光秀が羽柴秀吉に敗れた後、美濃国岐阜城主となった織田信孝は秀吉と対立し、北濃東濃の多くの諸将は秀吉に従ったが、郡上郡の遠藤慶隆と胤基は、信孝に与し続けた。天正11年（1583年）1月、武儀郡の諸士は、須原（現美濃市）・洞戸（現関市）に陣を構え、郡上と岐阜の連絡を遮断した。これを知った遠藤方は300余騎（『篠脇城主東家譜記』では2,000人）で陣を攻め落とし、立花山（現美濃市）に兵を置いて固守した。1月8日、武儀郡上有知城主佐藤秀方は、秀吉の命を受けた可児郡兼山城主森長可と連合し、立花山を攻囲した。慶隆は信孝に救援を求める密使を送り、信孝は守備の功労を誉め援軍派遣を約束したが、援軍は容易に到着しなかった。同年2月には、糧道を絶たれ馬具の熊皮まで焼いて食すようになり、木尾・三日市（ともに現郡上市美並町）の住人が酒樽に米を詰め酒と称して送り、山道から陣中に運び入れて一時の急を救ったものの、攻囲はますます厳しくなり、遠藤方は決死の突撃を覚悟した。同年4月、賤ヶ岳の戦いで柴田勝家が滅ぼされ、信孝が秀吉に降伏すると、佐藤秀方より軍使が来て信孝の敗北が知らされ、開城勧告がなされた。遠藤慶隆は石神兵庫・遠藤利右衛門を人質として送り、母野（現郡上市美並町）で両軍の和議が成って、遠藤氏は秀吉の配下に入った。佐藤秀方は、この戦を機に秀吉の武将となり、武儀郡の大半を領有（石高2万5,000石といわれる）した。遠藤慶隆らは太閤検地の後、本領を没収され、慶隆は加茂郡小原7,500石、胤基は同郡犬地5,500石に移封された。