該案由東京警視廳與奈良縣警方聯合調查。
在聯合調查會上介紹了一張圖示，那是二十五歲的年輕女人和兩位六十多歲的男性三人一起旅行的圖示。
旅行是從京都到奈良，並且路過飛鳥直至吉野，即大和路的路線。無跡象表明他們住在周圍的賓館及旅館，因此，分析他們使用了汽車。兩個男人即櫻井信行和柿崎健太郎二人，以其中一人的名字租賃了汽車的跡象也沒有。所以，無疑是以二十五歲的女性青木真由美的名字租賃的汽車，然後三人乘上汽車開始了旅行。在旅行途中，結伴的三人不知什麼原因出現了問題，櫻井信行殺害了柿崎健太郎，並將其屍體埋在高松塚古墳的後山。然後櫻井和真由美回到東京。櫻井由於殺人一事心生自責，在家裡自殺身亡，真由美則去向不明。這大概就是案情的梗概，警視廳和奈良縣警方均這樣認為。
十津川根據這個推理，在檑原警署設置的搜查本部進行說明：「這類案子絕非不可想像，兩個男人櫻井信行和柿崎健太郎均六十五歲，若在過去可以說是剛進入老年行列，但現在也可稱為壯年。兩位健壯的男人和年輕的二十五歲的青木真由美的三人旅行其樂融融，相處得好時沒什麼說的，但在這期間，不知何故也許在這三角關係中產生了裂痕，櫻井信行為什麼對柿崎健太郎產生殺機不得而知。不管怎麼說，由於三角關係的糾葛，櫻井信行殺害了柿崎健太郎，苦於屍體不知如何處理，於是將之埋在了高松塚古墳的後山。但是，櫻井信行原本並不是壞人，按了解他的人去評價，都說他是個認真、敦厚的人。正因如此，他無法忍受殺人的自責，返回東京後就在自己家裡自殺了。有關他的自殺，調查結果完全無疑點，可以認為遺書也是他自己寫的。因此，我認為此案乍一看似乎有些複雜，其實就是一個單純的案子。」
「那麼已經失蹤的青木真由美，她持有駕駛執照嗎？」奈良縣警署本部長問十津川。
「往東京方面打了電話，查明了青木真由美在兩年前的3月25日取得駕駛執照。當時她二十三歲。其後她購買一輛二手汽車開了一段時間，現在已經不在她手裡了。」十津川道。
「那麼，就是說以青木真由美的名字，這三個人租了汽車，然後乘車到大和路去旅行？」本部長道。
「關於這一點，目前正在調查。」答話的是奈良縣警方的深田警部。接著深田又道：「我和警視廳的十津川警部分析過，首先想到是日程，乘新幹線抵京都車站，在那裡租賃汽車，前往奈良、飛鳥和吉野，差不多就是按照這個日程去旅行的。根據這個分析，目前我們正請求京都府警方支援，在京都府周邊的租車公司調查是否有人以青木真由美的名字租了汽車。」
很快，來自京都府警方的報告說，在京都車站的新幹線口有一家租車公司，3月25日的午後一時二十三分，有人以青木真由美的名字租了一輛白色皇冠。
「這個營業所的負責人說，當時是位年輕的女性與一位六十歲左右的男人一起來的。」京都府警署的刑警道。
這樣看來，可能當時柿崎健太郎還不在其中。他兒子柿崎伸介也證實說，父親健太郎去旅行是3月26日，因此三人成行是租汽車的25日的第二天。
「當時兩個人狀態如何？」十津川問。
「女的和男的看上去都很愉快。」京都府警署的刑警道。
「那麼，當時租出去的汽車現在找到了嗎？」
「沒有，還沒有找到，聽說正在找，分析是可能租車人不打招呼便把汽車丟棄在什麼地方了。」京都府警署的刑警道。
檀原警署搜查本部的牆上貼著一張大地圖，這是連結京都、奈良、飛鳥以及吉野大和路的地圖。奈良縣警方的深田警部在地圖前加以說明：「3月25日的午後一時二十三分，青木真由美和櫻井信行二人，我們分析他們大概是乘新幹線到達的京都，在那裡的新幹線口處有一租車公司，租完汽車，然後二人開車前往奈良。第二天的3月26日，柿崎健太郎加入這二人中，還不清楚他們是在什麼地方會合的，可能是在奈良的某一處吧。可以認為他們三人是從奈良前往飛鳥的，而且在3月27日，到了飛鳥以後不知什麼原因，三人之間變得怪異起來，3月27日晚八時至十時許，櫻井信行殺害了柿崎健太郎：用鈍器擊打頭後部，接著用繩索勒住了脖子，再後來又把屍體掩埋在高松塚古墳的後山。但是，二人未向警方投案，而是把租的車丟棄在菜處便若無其事地返回了東京。不過，櫻井信行沒能擺脫殺人的自責，於4月2日在自家的院子里自殺，因為還有遺書，所以可以準確判定這是自殺。而那位青木真由美在4月2日去向不明。我們認為這就是此案的全部經過。」
「有幾點疑問。」本部長道，「第一點是他們住在什麼地方。3月25日午後的一時二十三分，櫻井信行和青木真由美租了汽車。第二天柿崎健太郎參加進來，第三天的27日夜晚發生了兇殺案，這三天里，他們住在什麼地方？無論怎麼查，都沒有查到他們在這周邊的賓館及旅館入住。如此來看，這三個人是在汽車裡睡的？」
「我認為應該是這樣。」深田警部答道。
「兩個男人和一個女人也能在車裡住嗎？」
「兩個六十五歲的男人再加上一個年輕的女人不是蠻快樂的嗎？」深田笑道。
「還有一個疑問，就是兇殺案發生後兩個人的行動，他們在哪丟棄了汽車然後返回的東京不是也沒搞清嗎？」本部長問。
「可能青木真由美和櫻井信行二人到了大阪，然後從大阪乘新幹線返回了東京，我認為這是最能被認可的路線。那輛令人關注的汽車還沒找到，所以，或許他們沿著別的路線返回了東京。」
「你所說別的路線是什麼路線啊？」本部長問。對此十津川答：「一般認為，返回京都或者大阪是最近的路線，但是櫻井信行行兇作案後擔心警察追捕，可能沒有前往京都和大阪，而是從飛鳥繼續南下，路過吉野穿過十津川村，奔向紀伊半島的南端南紀白浜，從南紀白浜乘飛機去東京。另外，乘火車到名古屋和大阪，再從那裡乘新幹線也可潛回東京。因此，我認為有可能是沿著這個南下路線的。」
「我想還是要先找到被認為是三人乘坐的汽車，才可以真相大白。前提條件是無論如何也要找到青木真由美這個女人，這樣，估計案子便可告破。」縣警署本部長道。
由世田谷警署寄來的郵包放在東京的搜查本部，茶色的信封里有一本記事簿，無寄件人姓名，信封表皮寫有「警視廳搜查一課敬啟」。這是後轉到搜查本部這裡的。西本刑警瀏覽了附在記事簿里的信函，上面寫著發件人是「奈良縣五條市了醫院事務局」。信中寫道：「3月29日清晨，在吉野川的河灘上，發現一名倒在地上的四十歲左右的女人，頭部有傷處於昏迷狀態，被立即送往本醫院，經搶救傷情好轉，昨天突然從本醫院樓頂跳下身亡。從隨身攜帶物品還無法辨認其身份。據護士說只知道她是東京人，是否與案情有關呢？現將該女人隨身攜帶的記事簿寄給貴處。遺體在本醫院保存。」
接著，西本翻看那本記事簿，這是一本今年的日記，文字女性化，連篇是簡單的記錄。其中，引起西本興趣的是，處處可見A這樣的文字表達，比如：「今日午後三時見到了A，非見不可。」總覺得這本記事簿的持有者很喜歡叫作A的男人，雖然明知與A相見不合適，但還是見了幾次。最後記錄的3月24日那一頁是這樣寫的：「我就是喜歡A，對A要追下去。」3月25日起就再也沒有記錄了。
這本記事簿的持有者名字不詳，但是看上去是本婚外情的日記。而在記事簿背面的內頁發現了一些文字，西本的神情頓時大變，那是隨意寫的文字：「我殺了這個人。」這樣的文字和日記所記錄的完全不同。這件事要馬上讓在奈良的十津川知道。
「也許和那個案子無關，但還是有些不放心，所以通知您。」西本道。
「那本記事簿持有者的名字無法搞清楚嗎？」十津川問。
「搞不清楚。但問題是，在3月24日記事簿的記錄就結束了，而且聽說那個女人是於3月29日清晨，在奈良縣五條市的吉野川河灘上被發現的。或許和那個案子有關。」西本道。
「我馬上和龜井君去那所R醫院看看。」十津川道。
十津川、龜井和深田警部一起乘奈良縣警署的警車前往五條市。一看地圖，五條市位於奈良大和路的最終地帶，近處有吉野村。經過京都、奈良、飛鳥，到吉野結束，就在大和路終點的附近。
警車剛抵R醫院，三位刑警立即去見了醫院事務局的人。看上去五十多歲叫齊藤的職員神情頓時放鬆下來，「警察先生到來我們就解脫了，這遺體該怎麼處理昵？我們感到很為難。」齊藤道。
那具遺體放置在醫院的太平間內，年齡四十歲左右，是位眉目清秀的女人。
「3月29日清晨，我們發現她倒在這附近吉野