根據日本放送協會（NHK）報導，南朝芽9月23日與媽媽約好一起在住家附近公園玩，上午11時30分先行走出家門，約略5分鐘後媽媽跟了上去，但在公園中找不到女兒。距離集合地點900公尺的寺廟旁的一處公園，監視器拍到一位跟南朝芽身影相似的女孩，當時時間為正中午。
緊接著在寺廟旁的公園發現了滑板車，並在距離此處300公尺處江戸川河岸上，發現了南朝芽的鞋子及襪子。值得注意的點是，家屬指出其中一隻鞋子是翻過來的，雙腳的位子則在附近。
後來28日又在江戶川下流1公里的松戶市取水口發現了她的帽子，附近警方、居民也加入搜索工作。今日下午1名騎著腳踏車的民眾，經過距離找到鞋襪的江戸川河岸下游15公里處的地方發現幼童遺體，趕緊通報警方，經DNA比對證實為南朝芽本人。
南朝芽遺體經過司法解剖並無明顯外傷，已死亡1到2週，研判可能因喝大量的水溺水導致死亡。
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