所有线索都指孙祥，但不论要逮捕孙祥或搜查孙祥的家仍需要更多的证据。根据刑事诉讼法如果并非紧急情况，警察要搜查民宅或入屋逮捕嫌犯，必须先向检察机关申请搜查令或逮捕证。申请时警察必须附申请书，具有充分理由认为民宅内有涉案证据或被逮捕对象可能涉案。
不过，公安局仍未掌握充分的证据，为此，刑警队决定以新发现的单刃小刀来试探孙祥，他们便主动到孙家去。胡经天和江山发现住宅的车道上停着一辆轿车，知道有人可能在家，就上前敲门。许久，仍没有人应门。又过了几分钟，才看到一位40岁左右的妇女掀开窗帘的一角打开一条细细的门缝，瞧瞧外面敲门的人。
“我们是警察，想打听一些事情。”胡经天说道。
“有什么事？”那女子紧张地问道。
江山不想打草惊蛇，便说：“例行性访谈。”
她打开了门，警察问道：“你是孙祥的母亲吧，孙祥在家吗？”
这名妇女变得更紧张，急忙反问道：“究竟发生了什么事？孙祥究竟闯下什么祸？”
“没什么事，只不过我们想问他有关一把刀子的事。”胡经天答道。
“他不在家。”她回答说。
胡经天顺手将小刀的照片拿到她面前，问道：“你有没有看到这把小刀？”
她拿著照片端详了一番，想了一下，摇着头支支吾吾地连声说道：“没有，没有。”
胡经天抱着试探的心理再问道：“你能让我进屋内看一看吗？”
她马上警觉起来，问道：“你们想找什么？我已经跟你们说过我没有看过这把小刀，除非你们有搜查证，否则你们别想踏入我的家门。”
孙祥母亲守口如瓶，又难以进屋搜查，但是她异常的举动反而证实了刑警的怀疑。
就在转身离开之际，没想到在门外遇上了兴冲冲跑回家的孙祥的弟弟孙和。他们便拿着照片问他：“小朋友，你看过这把刀吗？”
他掠过一眼，马上回答说：“这不是我大哥的小刀吗？这是爸爸送给他的16岁生日礼物，他将这把小刀当成宝贝，从不让别人碰的。”
江山马上接着问道：“你知道这把小刀现在在哪哩吗？”
孙和答道：“他说他前几天不小心丢了这把刀，这怎么可能嘛，自从我爸爸将这把刀送给他之后，他就随身带着，总是小心翼翼地保管这把刀，我才不相信他会把这把刀弄丢呢……”
“阿和，不要乱讲话，赶紧进来！”孙祥的母亲站在门前大声喝住孙和，他只好挥手跑开。
江山和胡经天决定等孙祥回来问个清楚。不久孙祥就回到家，当他看到屋外有警察时，马上紧张起来，但是故作镇定，不慌不忙地回答着询查，当刑警问及他小刀的去处时，他支支吾吾地回答说，他放在楼上了。
江山和胡经天叫他上楼去找时，孙祥花了半个多小时才下楼，告诉刑警他找不到小刀，可能不小心搞丢了。
纵使凶刀是属于孙祥的，并不能就此肯定孙祥就是杀人凶手，因为也有可能是别人拾到后拿去行凶，因而刑警想证实孙祥不小心搞丢了小刀的说法是否属实。
当胡经天问他是否愿意到公安局去一趟把事情解释清楚，他装出若无其事的样子说道：“去就去嘛！”
到了公安局，他承认曾在案发当天参加夏令营的活动，但坚决否认和张媛媛曾有过单独的接触。他坚称解散后自己一个人到山上散步，由于迷路，到很晚才回到家，但是孙祥的家就在山脚下，他经常在山上活动，迷路的说法很牵强，侦探的疑心更大。问他是否愿意接受测谎。
测谎的结果虽然不能在法院审理时作为呈堂证据，但是，警方依旧使用测谎的方式来对嫌犯进行心理战。
孙祥同意接受测谎。测谎人员将仪器准备好，正要开始问话时，孙祥的父母和一名律师急忙赶到。当他们看到孙祥手上和头上都被黏上测谎仪器的电线时，律师要警察出示逮捕证，否则就停止任何讯问。
当时刑警是“请”孙祥到公安局来协助调查，并没有逮捕证，因而无法强迫孙祥接受任何讯问，警察只好放孙祥回家，眼睁睁地看著他大摇大摆地离开公安局。
新宪法提供诸多人身保护，虽然给警察办案带来很多的困扰和不便，但是并不意味着警察就束手无策。他们判定只要能拿到孙祥的血液和指纹样本，就可以确定在张媛媛身上发现的Semen，细毛及小刀刀柄的指纹是否吻合，只要物证相符，孙祥就一定是作案的凶手。
公安局马上向检察院申请搜查证，指出孙祥涉案重大，请市检察院的检察长同意他们提取孙祥的血液样本和指纹样本。
N市检察院的检察长同意了这个要求。但是没想到孙家突然搬到了成都，不过，警方只花了几天就找到了孙祥，并取得所需的检体报告。
鉴识结果显示，孙祥的血型为B型，PMG酵素分布为2……1型，和死者身上发现的血型分析相符。同时，孙祥的指纹与小刀刀柄上的指纹相符，Pubes特征也相同。
根据这些证据，刑警队逮捕了孙祥。同时，还在他家里找到了一捆鞋带，和一个仍留有少许汽油的油罐，经过化验，也和案发现场的证物相符。
找出嫌犯，在刑事制度下只算是破案破了一半，另一半是要在法庭上提出足够的证据及证词，让陪审员无从怀疑被告的罪证。要让陪审员相信检方的证词，还必须在法庭上用证据来证实被告的杀人动机，杀人手法及杀人机会。
检察官综合了各项证据，提出以下假设：当天张媛媛在夏令营解散后独自骑自行车回家，途中遇到相识的孙祥，当时孙祥正驾车跟在后面，他靠近张媛媛时问她是否愿意坐他的车去兜风，张媛媛答应了，便坐上孙祥的车，殊不知半途中孙祥产生歹念，将张媛媛带到树林中把她绑起来，并欺负了她，怕她回家报案，便一不做二不休用刀杀死张媛媛，随后有用汽油焚烧尸体。
但是这个假设需要张媛媛的自行车佐证，她不可能将自行车丢在路旁，因此自行车很可能放在汽车的后车厢内，我们打开车厢一看，并没有发现任何自行车的踪影，但是车厢内的一块很光亮金属板上留着几片油漆片，有红，黄，黑这三种颜色。很可能是孙祥搬自行车时不小心撞到了金属板而留下自行车上的油漆。但是我们找不到张媛媛的自行车进行比对。
破案有时需要靠运气。公安局正为未寻获自行车证物而焦急时。有一天，当地一个居民在60多里外的野外跑步时，发现树丛中有一辆自行车弃置在路旁，警察拿回来后，张媛媛的双亲认出这正是张媛媛出事当天所骑的自行车。经过比对，发现孙祥后车厢内的油漆片与张媛媛的自行车的油漆相同。
在这些证据下，检察官决定以成人的杀人罪来起诉孙祥。但是，由于本案并无任何目击证人，全靠物证，检方能否起诉仍无把握，便决定由审判员和人民陪审员组成合议庭审理。
由审判员组成合议庭或者由审判员和人民陪审员组成合议庭审判案件的制度。它是人民法院进行审判活动的基本形式，是民主集中制原则在审判工作中的具体运用。
张媛媛案是N市首宗没有人证而完全依赖科学物证的案件，经过媒体宣传，大家都在关注这起案件的审理结果。
就在检察院要宣布正式起诉孙祥的前几天，张杰接到辩护律师的电话，他询问能否带他的专家证人来参观市公安局化验室并和张杰讨论一下化验的结果。
以往公安局将化验室视为禁地，从来不对外开放参观，更何况是被告的辩护律师。
但是张杰在出任化验室主任后，就将化验室对外开放，包括辩护律师都可来参观，这样有利于建立化验室的公信力。
张杰带辩护律师和他们的专家证人参观了化验室，向他们解说了化验过程及检验程序，同时还与他们的专家讨论所有指向孙祥的化验结果。
几天后，法官及合议庭统一认为孙祥犯案的证据信而有徵，随即宣布正式以谋杀罪起诉孙祥。不久，辩方也认为证据无懈可击而认罪。法院宣判孙祥欺负并杀害张媛媛罪名成立，因侵犯罪判处有期徒刑10年，因故意杀人罪判处死刑，因其情节特别严重，决定执行死刑，剥夺政治权利终生。