捜査本部によると、遺体は１３日午後１１時３５分ごろ、仕事を終えて駐車場にトラックで戻った物流会社の男性従業員が発見した。防犯カメラは、遺体が遺棄された現場駐車場の東側部分が撮影範囲に含まれており、映像では、遺体発見の約５５分前の午後１０時３５分頃、１台の車が駐車場に入り、遺棄現場付近にバックで停車した。約５分後、別の車も駐車場に進入し、最初の車の前にバックで縦列駐車。２台目が止まってから約３０分後の午後１１時１０分頃、２台は連なるようにして再び動き始め、出入口の方向へ走っていった。カメラは駐車場の出入口付近までが撮影範囲に入っていないが、２台はそのまま駐車場を退出したとみられる。この約２０分後の午後１１時半頃には、遺体の第一発見者が運転していたとみられるトラックが駐車場内に入ってきたのが、映像でも確認できる。ライトの照射状況などから、２台は乗用車とみられるが、車種や色、人が歩く姿などは鮮明ではなかった。

　捜査関係者によると、女性は発見時、顔に粘着テープが何重にも巻かれ、両手首も後ろ手にされてテープで二重三重に縛られていた。両手首付近の皮膚は、ほかの部位に比べて青っぽく変色しているのが司法解剖の際に確認された。強く圧迫、固定された場合に起こる内出血の可能性があるという。女性の左腕と左足、左の胸や腹部には刃物で切られたとみられる傷が３０カ所以上にあり、頭や顔には何かで殴られたような痕が複数あった。首には圧迫された痕跡があった。

　司法解剖の結果、これらの外傷は死亡する前にできた形跡が確認された。刃物で切られる際に抵抗してできる傷や着衣の乱れが確認できないことから、府警は女性が両手を縛られた状態で暴行を受け、殺害されたとみている。死因は窒息で、死亡推定時刻は１３日午後７時ごろ。遺体が発見されたのはその約４時間半後だった。女性は医師の所見で８～１５歳ぐらいと推定された。府警は行方不明者届が出ている府内の高校生以下の少女らを照会したが特徴が似た人物は見つかっておらず、府外にも対象を広げる方針だ。

　府警が傷の形状などを分析した結果、カッターナイフの中でも家庭用ではなく、段ボールなどを容易に切断できる工業用のカッターナイフが使われた可能性が高いという。また、傷は体の左部分に集中していたが、切りつけた方向は上下左右などばらばらだった。府警は、後ろ手に縛って抵抗できない状態にした女性を、カッターナイフなどで繰り返し傷付けたとみている。

　遺体は両手首を後ろ手に縛られていた上、顔面全体を覆うように粘着テープがグルグル巻きにされていたほか、体の左半身に３０ヶ所以上もの切り傷が残っていました。刃物で執拗に切りつけられたとみられ、深い傷は骨まで達していたということです。その他にも顔面や頭部には打撲痕があり、首には何者かに絞められたとみられる圧迫痕も残っていたとのこと。抵抗した際にできる傷などが確認されていないため、平田奈津美さんは両手首を縛られ抵抗できない状態で、複数人の犯人から切りつけられるなど一方的に集団暴行を受けた可能性があるとみられています。刃物による切り傷はどれも直接の死因には関係しておらず、快楽殺人を疑う声や、死亡した後の遺体を切りつけたのではないかといった指摘など、犯人の猟奇性について様々な意見が飛び交っています。