馬翠玲之前說，劉祖傑8月2日晚上騎自行車去鄒平鎮楊家寨和西董鄉餘章村催要開山賣石頭的欠款，從此一去不回。偵查員立刻前往這兩個地方調查，結果卻出人意料。兩家欠債方都表示，劉祖傑從未去過。“俺們確實欠他錢，但他沒來要過，俺還以為他忘了呢。”楊家寨的欠款人說。這一發現排除了劉祖傑因債務糾紛被謀殺的可能，情殺的嫌疑大大增加。
“馬翠玲的嫌疑越來越大。”李建國分析道，“首先，她是死者最親近的人，有作案時間；其次，兩人關係緊張，她有作案動機；再者，她對劉祖傑的去向撒了謊。但有個疑問，她當時已經懷孕六個多月，體力有限，怎麼可能獨自將屍體運到九公裡外的侯家村，並扔進機井？她肯定有幫手。”
警方決定從三個方向展開調查：一是查明安眠藥的來源；二是追蹤現場遺留的尼龍繩、編織袋的出處；三是密切監視馬翠玲的行蹤。
調查很快有了突破。偵查員在走訪本村衛生所時，醫生回憶起一件事：“馬翠玲在8月初，也就是劉祖傑失蹤前，先後兩次來買安眠藥，第一次買了6片，第二次買了20片，說她母親頭暈睡不著覺，需要吃藥。”但警方找到馬翠玲的母親核實後，她卻一臉茫然：“俺從來沒有頭暈病，也沒吃過安眠藥，翠玲沒跟俺說過買安眠藥的事。”
與此同時，更多關於馬翠玲的疑點浮出水麵。劉祖傑失蹤後，劉祖強多次提出要出去尋找，都被馬翠玲阻止了，說“祖傑出去做買賣掙錢了，過段時間就回來”；有人看到，劉祖傑失蹤後不久，馬翠玲把家裡的床單、涼席全都洗了一遍，還把劉祖傑的幾件衣服燒了；還有村民反映，馬翠玲在劉祖傑失蹤後有兩次晚出晚歸，行蹤詭秘，問她去了哪裡，她隻說“串親戚”。
“證據已經足夠拘留馬翠玲了。”11月17日，李建國決定對馬翠玲實施拘留。在審訊室裡，馬翠玲一開始還嘴硬，無論審訊人員怎麼問，都一口咬定“不知道”“不清楚”。但當警方拿出安眠藥購買記錄、鄰居的證言等證據時，她的心理防線逐漸崩潰。
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11月18日淩晨四點，馬翠玲終於交代了殺害丈夫的犯罪事實。她低著頭，聲音沙啞地講述了這段令人發指的經曆：
“俺從一開始就瞧不上劉祖傑，他又窮又窩囊，連件新衣服都買不起。要不是俺名聲不好，怎麼會嫁給她？婚後他天天就知道種地、開山，連3000塊錢的債都還不清，俺跟著他受夠了苦。”馬翠玲的語氣裡滿是怨恨，“後來他懷疑俺肚子裡的孩子不是他的，還動手打俺，俺就更不想跟他過了。俺想離婚，可他不同意，俺就尋思著，隻有讓他死了，俺才能解脫。”
7月中旬，馬翠玲開始策劃殺人。她先以母親生病為由，從衛生所買了6片安眠藥，試了試效果，覺得劑量不夠，又在7月底買了20片。8月2日下午，她把26片安眠藥全部碾碎，混在雞蛋裡炒熟，對劉祖傑說：“這雞蛋放了好幾天，俺懷著孕不敢吃，你吃了吧，別浪費了。”劉祖傑沒多想，就把雞蛋全吃了。
當天晚上，安眠藥開始起作用，劉祖傑出現嘔吐症狀，隨後昏迷不醒。馬翠玲看著丈夫一動不動的樣子，心裡又怕又慌，不敢下手，就一直等到8月3日晚上。見劉祖傑還是沒醒，她就以“去醫院看病”為由，給劉祖傑裹上大衣，弄上手推車，推出了村外。
“俺本來想把他扔在附近的井裡，可一路上總有人經過，俺不敢。”馬翠玲說，“俺推著車走了好幾個小時，走到侯家村南邊的時候，天都快亮了，四周沒人，俺就想把他扔到那口機井裡。可俺又怕他沒死，醒過來找俺，就撿起塊石頭，朝他頭上砸了幾下，然後找了個編織袋，裝了塊大石頭，用繩子綁在他腰上，把他頭朝上、腳朝下扔進了井裡。”
馬翠玲的交代看似完整，警方卻始終覺得不對勁。她懷孕六個多月，身體笨重，從劉祖傑家到侯家村的機井，全程九公裡，光走路就要兩個多小時，她怎麼可能獨自推著裝有成年人的手推車走完這段路？而且現場遺留的尼龍繩打法很特殊，是建築工地上捆紮腳手架常用的“雙環結”，一般家庭婦女根本不會這種打法。
“你在撒謊！”審訊人員拿出尼龍繩，“這種結你會打嗎？你一個人根本不可能完成拋屍，老實交代，你的幫手是誰？”
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