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1971年12月24日，抚顺市公安局望花分局接到铁岭街居民的报案：从12月19日至12月23日，某号居民——铁岭街托儿所保育员谷丽君的家门总是紧锁着，左邻右舍和亲友都感觉疑惑不解，因为谷丽君一家四口之前从来没有出现过这种情况，所以特意来派出所报告。
为此，某派出所的两名民警来到谷丽君家临场检查，发现屋门上着锁，窗户上拉着窗帘，民警眯着眼睛透过窗帘的缝隙往里面观察，发现室内的被褥和衣物散落在地上，屋内看不到有人活动，于是立即将情况上报给望花分局，望花分局派员上门将门撞开，发现谷丽君和三个孩子全都死在屋中，尸体都已经被冻得僵硬。员立即退出屋子，封锁了现场。同时，望花分局刑侦科的侦查、技术人员以及抚顺市公安局刑侦处的法医相继赶到现场——
现场是一栋砖瓦平房，分里外两间屋子，外屋作为起居和吃饭所用，里屋是卧室。里屋北面有火炕，火炕没有生火；靠西墙有一只尿盆，里面的尿液早已冻成了冰。靠东墙的两个木箱都被撬开，里面的衣物被翻出来，凌乱地散落在里屋的地面上，箱子内发现一把带血的斧头。现场的门、窗的铁栓都完好无损，没有任何人为破坏的迹象。
女主人谷丽君的尸体躺在火炕炕梢的墙角处，上身外穿秋衣、内穿衬衣，下身外穿秋裤、内穿裤衩，脚穿尼龙袜，衣着算是整齐，但上衣有多处被血迹浸染，头部和颈部有锐器伤近百处、背部、和腹部有锐器伤十余处，双手有锐器伤三十余处，加上身上其余部位的锐器伤，总共多达一百八十余处。不过，这些锐器伤中，真正致命的不超过五处，说明犯罪分子的力气并不是很大。且谷丽君生前和犯罪分子发生过激烈搏斗，现场检验到了不属于谷丽君和三个孩子的血型，说明犯罪分子很可能在和谷丽君的搏斗中受伤。从一般搏斗的规律看，犯罪分子的伤可能在手部或者脸部。
法医在将谷丽君的尸体缓解后进行解剖（冻僵的尸体无法直接解剖，必须经过缓解，通常方法是将尸体放入冰水中，将里面的冰“拔”到皮肤表面并及时敲碎，这种缓解方法其实和东北人缓解冻梨的方法颇有异曲同工之处），根据胃内容物的消化程度，判断谷丽君是在晚饭后两个小时左右遇害，具体死亡时间应在12月18日22时左右。
谷丽君的三个孩子的尸体并排躺在炕头，颈部有被锐器砍过留下的伤痕，三名小孩生前都没有反抗的迹象，应该是在睡梦中被砍杀的。
由于地面上结着冰，说明犯罪分子曾经在地上泼了水，因此无法提取任何足印足迹等物证。经过反复勘查，只在现场的陶瓷壶的壶盖上发现了一枚灰尘减层指纹。
谷丽君的左邻右舍反映：最后看到谷丽君是在12月18日19时之前，此时的谷丽君没有任何异常情况。12月19日一早就发现谷丽君家大门紧锁了，当时大家都以为谷丽君带着孩子去贵州看她爱人去了，都没在意，直几天后纷纷感觉出不对劲，这才想到报告派出所。
12月26日，谷丽君的爱人从贵州赶回，经过他的清点，发现家里丢失蓝色粘锦华达呢布一块（长1.1米），粗呢子布和细呢子布各一块（均长1.1米），粮油供应证一本，布票若干尺，线元以及上海牌手表一块。
至此，警方确定这是一起性质极为恶劣的特大入室抢劫杀人案，凶手作案手段特别残忍，在整条铁岭街的居民中造成了极大的恐慌和愤慨。因此，抚顺市公安局和望花分局军管委员会（当时全国公安系统都处在军管状态）从刑侦处抽调精干警力组成专案组，对本案进行专案专办。
2、谷丽君身上的伤口虽多，但致命伤很少，且谷丽君和犯罪分子发生过搏斗，犯罪分子身上可能有血迹，手部和脸部可能有伤。不排除女人作案的可能性。
3、犯罪分子可能和死者是熟人，是通过和平手段叫门而入。且从四双鞋子摆放整齐和三具小孩的尸体排列位置分析，犯罪分子并不是一进屋就立即作案，而是在和死者攀谈过程中突然行凶。
4、死者家中的不少财物被劫，因此入室抢劫的可能性比较大。谷丽君的爱人长年外出不在家，因此也不能排除奸情杀人和仇杀的可能性。
5、犯罪分子手段残忍，作案后往地上泼水，又将房门反锁，说明犯罪分子胆大心细，奸诈狡猾且心狠手辣。
在随后发动群众调查摸底的工作中，群众揭发望花粮库女临时工陈桂荣有嫌疑。时年35岁的陈桂荣家住在谷丽君家附近，与谷丽君常来常往，非常熟络。在案发后，陈桂荣出卖过粮票，又有群众发现她双手的手指都有伤。但是，陈桂荣的手指伤何时形成的没有人记得起来，且她已经有三个月的身孕，似乎不敢冒着落胎的风险去干这种惊天大案，所以否掉了对陈桂荣的怀疑。
一星期后，专案组在建设第九粮站查阅购粮卡片时发现一条线日有个人拿着谷丽君家的购粮证起出28斤粮票和1斤2两的油票。经开票员和付货员的回忆：当天9时左右，有一名三十来岁的中年妇女拿着谷丽君家的粮油供应证起了粮票和油票。
专案组在粮站的协助下翻越了12月19日上午的购粮记录，发现一共有六十三人来建设第九粮站买粮食和买油。经过走访，抚顺市油毡厂工人郑桂华回忆：“我在12月19日来这里买米，一名中年妇女原来排在我身后，后来跟我说了句‘我有急事’就自顾自跑到了我前面，哪有这样的人啊！”
“这个女人约35~36岁，中等偏上的个子，留着短发，长瓜子脸，颧骨比较高，脸色较黑，身穿黑底红格对襟旧棉袄。”
经过查证，郑桂华所说的中年妇女和陈桂荣的面貌特征极为吻合。但是，专案组提取了陈桂荣的指纹和现场发现的那枚指纹进行比对，却发现那枚指纹并不是陈桂荣的，因此再度否定了对陈桂荣的怀疑。
随后，专案组又调查了一个多月，排查出的其他嫌疑线索一一都被否掉，案情的侦办陷入到僵局。为此，专案组再度召开案情分析会，集思广益分析案情并对前段工作进行总结。大家对犯罪分子是生人还是熟人，是男人还是女人存在激烈分歧，摇摆不定。一部分侦查员坚信杀害四个人，一定是个男性；然而另一部分侦查员则针锋相对，认为不能被表象所迷惑（之所以会出现这种情况，就不得不说到爆发后，大量有经验的公安刑侦干部“靠边站”，取而代之的是一批热情有余但毫无经验的“愣头青”，导致在这一时期各地公安机关的破案率断崖式下滑，直到1968年决定对全国公安系统实施军事管制后，这种情况才得以扭转）。
正当大家吵得不可开交的时候，参加分析会的抚顺市公安局刑侦处处长力排众议，一锤定音：“女人作案的可能性不能排除，对之前否掉嫌疑的线索必须重新审查，而且要加大力度深入调查。”
经过重新排查，专案组意外发现之前被两次排除嫌疑的陈桂荣的嫌疑依然很大，之前让她漏过去完全是因为前一阶段的工作不细导致。其根据如下：
1、案发后陈桂荣的手指有伤，虽然她自称是12月25日在公共汽车上被挤坏的玻璃划破的。然而经过查证，在整个12月抚顺市所有公共汽车的玻璃都没与报过破损，所以查无此事。
4、案发后，陈桂荣在群众中大肆散布谷丽君的丈夫在贵州有了小老婆，是谷丽君的丈夫喜新厌旧，潜回抚顺将发妻和孩子杀害，以达到和小老婆长相厮守的目的。又散布说谷丽君是被后杀害的。经过查实，这些都属于子虚乌有，对谷丽君的尸检也没有发现她有被过的迹象，因此陈桂荣的行为明显有试图扰乱侦查方向的主观故意。
5、经查实，陈桂荣曾经是某厂工人，因为盗窃和投机倒把被开除厂籍，并被公安机关收容和拘留过三次。
专案组随后向望花分局军管委员会申请了搜查令，对陈桂荣家进行搜查。当侦查员上门的时候，发现陈桂荣正在裁剪一条呢子裤，其料子和谷丽君家被抢走的粗呢子布料质地相似，陈桂荣见有人上门，慌了手脚，马上将布料收起。但是在侦查员们的眼中，她的这种“此地无银三百两”的行径无异于不打自招。于是，经望花分局军管会批准，陈桂荣被刑事拘留。
在随后对陈桂荣家进行的搜查中，专案组查获上海牌手表一块、蓝色呢子裤一条，粘锦华达呢子布一块和线票、棉花票等物品。经死者谷丽君的丈夫辨认，上海牌手表就是他和谷丽君结婚那年买给妻子的新婚礼物；而粘锦华达呢子布、线票、棉花票由死者的丈夫以及经常到死者家串门的邻居和亲友辨认，确认就是死者家中之物。而呢子裤经辨认，也是由死者家中的呢子布所裁制而成。
在取得大量物证的基础上，专案组在1972年2月4日再度提取陈桂荣的指纹送往辽宁省公安厅进行鉴定，三天后结果出来了，案发现场瓷壶壶盖上的那枚灰尘减层指纹，和陈桂荣右手食指指纹可做同一认定。至此，铁证如山，就算陈桂荣一言不发，也可以零口供结案。
当然，此时陈桂荣的心理防线也已经完全崩。