檢調與警方調查，本案起於三重三和路三段一處公寓內。廖男與劉女於去年3月結婚，婚後育有一名男嬰，兩人原在台北市南港不同公司工作，但劉女懷孕期間遭資遣，廖男也於去年底被裁員，一家三口暫居在劉母的公寓內，雙重失業狀態讓家庭經濟陷入困境，雙方關係長期緊張。
案發當天中午12點50分，劉女餵完奶後與廖男爆發口角，鄰近住戶聽見她的尖叫聲。警方事後調閱現場，劉女身上共有21處刀傷，包括頸部、胸腹部、背部、大腿與手臂，右頸動脈遭斷離並引發大量出血與氣胸，送醫後仍宣告不治。警方在屋內查扣一把兇刀。
劉母於下午返家後驚見滿地血跡與倒臥地上的女兒，連忙報案。警方同時掌握廖男抱著幼子駕車外出。據附近監視器顯示，廖男於當日下午1點27分開車抵達北投區馬槽橋，先將孩子抱下車，帶著孩子在橋邊徘徊超過1小時，似乎陷入掙扎與猶豫，最後回到車內，疑先以束帶勒斃孩子後再輕生。警方於晚間7點多在馬槽橋下方尋獲車輛，父子均已身亡，束帶則遺留在廖男遺體上。
殺妻部分，新北地檢署依據相驗與現場跡證認定廖男涉犯殺人罪，但因已死亡，依《刑事訴訟法》規定以不起訴處分。至於幼子遭勒斃部分，因案發地點在士林地檢署權限內，仍偵辦中。
