遭到逮捕后，刘学强在自白书中坦承犯案。其于自白书中指出，他于1990年4月7日在高雄车站前的建国三路骑楼，看见独自背着背包的井口真理子，上前搭讪才发现真理子是日本人，在笔谈后得知真理子欲寻找住处，便骑机车将真理子载回小港区住处。随后两人一同前往澄清湖、凤山、大统百货等地游玩，当晚真理子便随同刘学强返回其住处休息。关于杀人经过，刘学强供称他于8日清晨持十字弓，向井口真理子头部发射四箭后，将其头颅砍下放入塑胶袋，尸体则以床单包裹，连同作案穿着的血衣、作案用的十字弓、井口真理子的背包，分散在不同地点丢弃。在弃尸时唯恐被人发现，便淋上汽油焚尸，另外也烧毁真理子所睡的床板。

刘学强坦承犯案后，于5日遭到法院收押。随后警方多次借提刘学强询问弃尸地点，但刘学强供词反复，有时说在台南县，有时说在台南市，使警方数度往返台南与高雄间，但都一无所获。3月7日，刘学强坦承弃尸地点位于台南市崇明十三街一处空地，头颅则丢弃于南门街附近的垃圾子车。3月9日，专案小组前往刘学强供称的弃尸地点开挖，在被砍掉的大树树根下挖出一百多块大小尸骨，并送往台北进行鉴定，但由于头颅被丢弃之后被运往台南县仁德乡垃圾掩埋场，时日已久，开挖所费不赀，寻找头颅的计划被迫取消。随后根据刘学强的供词，陆续寻获井口真理子的手电筒、万用刀、洋伞等遗物及作案用的十字弓。3月14日，井口久子再度抵台。在经知名法医杨日松及国际刑事专家李昌钰等人鉴识后，确定所挖出的尸骨就是失踪已久的井口真理子。

4月11日，专案小组以《刑法》杀人、侵占、侵害及遗弃尸体罪嫌，将刘学强移送高雄地检署侦办。专案小组在移送书中引述秘密证人证词，认定刘学强系因觊觎井口真理子的姿色，意图非礼遭到拒绝，因而恼羞成怒，趁真理子熟睡之时予以杀害，并在行凶后玷污其尸体，还取走真理子身上的现金。移送书中也指出虽然未能找到井口真理子的头颅，但根据血型、身高、遗物、人证等，均足以证明死者便是井口真理子。11月24日，高雄地方法院依杀人及遗弃尸体罪嫌，判处刘学强死刑，因刘学强符合精神异常的减刑条件，减为无期徒刑，褫夺公权终身。

1993年5月3日，井口真理子的遗骨在台湾火化，并由其母井口久子专程到台湾运送返回日本。

由于台湾地理位置与日本相当接近，台湾一向是日本人出国旅游的热门选择，日本观光客也是台湾观光业最重要的收入来源。井口真理子于台湾失踪的消息传出之后，立即成为日本各媒体争相报道的焦点新闻，且持续数周之久。日本媒体更进一步深入追踪报道台湾治安恶化的情形，使得台湾在日本人心中“治安良好，有人情味”的形象受到严重打击。根据1990年11月交通部观光局所发布的统计资料指出，该年前三季（一至九月）日本来台的观光客较前年同期减少3.1%，创下历年最大负成长纪录，在井口真理子失踪消息传出之后的两个月更遽降达一成以上。同一时间日本观光业者针对八个日本人主要海外旅游地区评价进行调查，台湾首度敬陪末座，“治安不佳”被列为主要因素之一。日亚航在日本国内宣传台湾旅游时，甚至遭到许多民众打电话抗议，认为台湾治安败坏，不应为其宣传。

1994年，日本导演林海象以井口真理子命案为故事主轴，由日本知名编剧唐十郎编剧，拍摄新片“孤岛”（后改名“海鬼灯”），由台湾女星坣娜主演，一人分饰玛莉子（与真理子日语发音相同）及真理子两角。此片是杜撰在真理子失踪五年后，她的一封信竟寄到母亲手上，母亲因而委托侦探（由唐十郎自编自演）来台解谜，玛莉子和另外一对男女卷入谜团，全片充满悬疑气氛，同时献给真理子的母亲。

此外，台湾许多以社会案件为主轴的单元剧，也纷纷将喧腾一时的井口真理子命案，以真人实事或改编的方式搬上萤光幕。知名演员李国修也以井口真理子命案为灵感，写出讽刺时政的舞台剧“救国株式会社”。

由于此案件是出租车司机犯罪案中最受瞩目者，引起民众对于出租车司机犯罪问题的关注，以往并未限制出租车司机取得执业登记证的资格，导致屡传出出租车司机犯下杀人、强盗、性侵害等案件，尤其是性侵害案件让女性对于搭出租车因而却步。后来修改规定限制一些犯罪前科者不得考领执业登记证，并且让不少出租车司机组成无线电及卫星派遣车队，以挽回民众搭乘出租车的信心。

2004年，台湾静宜大学萧姓女学生与兄长赴日自助旅游（据日本法院判决书，为团体旅游），在山梨县河口湖一带外出买电话卡途中，遭日本男子渡边高裕强拉上车，于车上性侵并杀害。经由台、日媒体报道，令不少人回忆起井口真理子命案。渡边被日本检方求处无期徒刑，2007年4月26日，甲府地方裁判所（法院）判处渡边无期徒刑。11月29日东京高等裁判所驳回被告上诉。被告于12月4日，对日本最高裁判所提出上诉。上诉于2008年10月22日遭最高裁判所驳回，全案以无期徒刑定谳。