偵查人員終於將阿仁連平帶到警署來。阿仁這時所做的答辯約略如下：
有一位客人託他買一卷底片，他就拿著客人交給他的兩百元，於下午6點10分左右走出「春秋莊」。接到這種差事時，他平時是騎腳踏車的，而這時腳踏車剛好被別人騎走，他就只有徒步而去。
這時他因白天的工作而相當疲憊，想到要走一趟來回兩公里的路，心裡就很沉重，所以朝車站的方向緩緩移步過去。來到向北拐彎處時，他曾經遇到村裡的一個熟人。兩人當時彼此簡單寒暄了一下。
後來走在去車站的馬路上時，他又遇見一個認識的別家旅館的女服務員。他同樣和她寒暄了幾句。買好底片回來的路上，他頻頻瀏覽了商店的櫥窗。
就是因為這個緣故，平時來回只需五十分鐘的路程，他竟花了一個小時以上。
警方請來阿仁提到的這位村民和某旅館的女服務員質詢，結果，兩人的敘述和阿仁所說完全吻合。
第一個遇見的村民說相遇的時間大約是6點25分，某旅館女服務員則說於6點40分前和阿仁相遇。阿仁的步行速度由這兩個人的證詞得到證實。
阿仁的血型確實為ab型。這一點對他也相當不利。
另外，警方發現他原來有兩次前科記錄。其中之一為詐欺罪，另一則是和人打架。警方利用將阿仁以重要參考人身份留置偵查中心的時間，派人強制搜尋過他在「春秋莊」的房間。可是，沒有發現到任何和殺害杉山千鶴子有關的證據物品。
一項非常重要的東西卻在這之後發現到。在「春秋莊」工作的女服務員鐮田澄子交給警署一個附有墜子的銀項鍊，說是阿仁於24日夜晚送給她的。這個墜子上有維納斯像的浮雕，嵌在裡面的是被害者母親的照片。偵查中心因而認定阿仁為殺人兇手，立即將他拘捕。
阿仁在接受偵訊時的供述如下：
我在照相器材店買一卷客人託我買的底片時，店裡的時鐘指著6點45分。我說「已經這麼晚了，」那個店員也回頭望了一下時鐘。從店裡出來後，我緩慢地走著原先的路。我前面說過我這一天特別疲倦，而且也沒有腳踏車，所以我故意走得慢一點。回到旅館後馬上又得幹活，我怎麼不看看商店的櫥窗，趁機混水摸魚一下呢？這條街在快分岔到a小道的地方有一家叫做精巧堂的鐘錶店。我在這裡看櫥窗裡的手錶大約有五分鐘。因為我的手錶舊了，正有意換一隻新的，所以看一下嘛。看完手錶偶然低頭時，我無意間看到一個掉在牆角的白色的小東西。撿起來看才知道這原來是一條女人掛在脖子上的有墜子的項鍊。墜子上有西洋女人的側臉浮雕。我想這個東西掉在這裡已有一些時候了，只是沒有被人發現。我左顧右盼後看到沒有人注意，於是把它放在口袋裡了。回來的路上我沒有遇到任何熟人。因此，我回到「春秋莊」的時間晚了一些。回到旅館門口的時候，隔壁太太好像對我說了什麼，可是我因為急著要進去，所以並沒有回答她的話。
我把口袋裡的底片拿出來遞給女服務員鐮田澄子要她交給客人時，本來想把放在另一邊口袋裡的項鍊拿出來送她。可是，我想這時候把這個東西拿出來不太妙，晚些時候送給她也不遲。鐮田澄子對我很照顧，我對她有好感。後來大概是晚間10點鐘左右吧，我到別館去看洗澡水有沒有燒熱時，在別館的門口遇見了鐮田。我從口袋裡掏出這條項鍊對她說：「我在路上撿到這個，你有興趣就送給你。」鐮田澄子接到時說聲「謝了」，瀏覽一番後又說：「這好像是進口貨，我會好好珍藏的。」……我在a小道之前的鐘錶店的牆角撿到這條項鍊是事實，我絕不是偷來的。
女服務員鐮田澄子的證詞和阿仁連平的供詞完全一致。偵查人員詢問阿仁於7點半前回到「春秋莊」時的神態如何，她做了這樣的敘述：
「我記得阿仁先生當時好像有些氣喘。……我因為做夢都想不到這是那個溺斃了的女人的東西，所以沒有在早些時候向刑警先生報告。等到阿仁先生被警察人員傳訊時，我怕帶著這樣的東西會受到連累，所以才向警署報告。阿仁先生把項鍊送給我時，只是說：‘我在路上撿到這個，你有興趣就送給你’，當時他的神態並沒有什麼特別的地方。」