星野さんと一緒に行方不明になった平田さんの遺体は13日午後11時35分ごろ、高槻市の駐車場で見つかった。防犯カメラに写った車の映像から、13日午後10時35分~11時10分ごろにかけて遺棄されたとみられる。死亡推定時刻は13日午後7時ごろだった。13日午後11時25分ごろには、1人で帰宅する山田容疑者の姿がマンションの防犯カメラに写っていた。
山田容疑者はその後、除染作業員として働いていた福島県内に一旦戻ったとみられ、21日、星野さんの遺体が見つかった大阪府柏原市青谷の竹林周辺に姿を見せた際には、手ぶらだったことが確認されている。
府警はこうした状況から、星野さんは殺害された後、平田さんの遺体とほぼ同時期に遺棄された可能性があるとみている。
山田容疑者は2002年、当時中学2年の男子生徒に対する監禁事件を起こしているが、男子生徒の両腕を粘着テープで縛っており、被害者が未成年であることなど、今回の事件との共通点は多い。