2004年9月9日午前4時25分頃、近隣の住人から119番通報があった（出火は午前4時すぎと思われる）。当初は事件性のない民家火災と思われたが、室内の灯油を撒いた跡や遺体にも損傷の痕跡があったことなどから、愛知県警察はすぐさま殺人放火事件の捜査に切り替え、特別捜査本部が設置された。被害者の性別によって殺害方法が異なっていた。母親と長女は刃渡り約20センチのサバイバルナイフで顔や背中など十か所以上を執拗に刺されたことによる出血性および外傷性ショック死とみられる。刺創幅は3センチ程だが、母親は一部には肺に到達している深い傷もあり、長女は刺されたときの強い衝撃で肋骨が折れていた。刃こぼれの形跡はない。長男と次男には刺し傷がなく、金属製（バールなど）の鈍器のようなもので殴られたことによる頭部の損傷（数センチほどの陥没骨折あり）が確認され、それぞれ急性クモ膜下出血、脳挫傷が死因となっている。何度も殴られた痕跡はない。被害者の遺体には抵抗した痕跡（防御傷など）がなく、寝ているときに襲われた可能性が高い。肺に溜まった煤の状況から4人は放火後もある程度生きていた可能性がある。また、同じく煤の状況から次男・母親・長女・長男の順に死亡したと考えられるが、上記殺害行為がこの順序で行われたかは不明である。