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最终，俞攀和俞悦于28日凌晨相继死亡，俞涵得到救治。其余出现中毒症状者所幸并无大碍。
在医院的诊断中，两名死者被认为是食物中毒，其症状和鼠药中毒相似，警方介入调查后，初步认定是“人为投毒”。
两条年幼的生命死亡，立即引起平潭县政府的重视，平潭县公安局在死者死亡一小时之内迅速介入，平潭县公安局局长林捷亲自指挥现场勘查，由福州市公安局副局长带领的技侦人员与平潭县技侦人员组成专案组调查，时任福州市公安局局长多次过问案情。
平潭警方于7月28日当天即决定立案，根据规定，警方立案的条件是有犯罪事实存在并需依法追究刑事责任，这意味着平潭警方认为中毒事件系人为因素导致，但此时，死者的死因尚未查清。
立案后，平潭警方朝“投毒杀人”的方向，调查死者家庭的社会矛盾，并查找毒源。2006年7月30日，警方陆续从死者的心血和呕吐物中检验出“氟乙酸盐”有毒成份，认为死者系氟乙酸盐鼠药中毒死亡。
测谎：答不出“总理是谁”
警方从念斌食杂店通往案发现场的门的门把手上检出氟乙酸盐离子碎片，认为念斌及其妻子有重大作案嫌疑。
根据警方提供的办案经过，2006年8月7日，警方对念斌测谎，念斌没有通过，当天被留置盘问。
念斌的辩护律师张燕生后来告诉澎湃新闻，念斌曾告诉她，测谎时被问了两个问题：国家主席是谁？总理是谁？念斌回答了第一个问题，但没能答上第二个问题，“他没答上来，觉得很丢人，所以有些慌张，导致测谎没过”。
2006年8月8日，念斌作出有罪供述：2006年7月27日凌晨1时，他将浸泡过鼠药的水倒入丁云虾家烧水的铝壶中，原因是丁云虾7月26日晚抢走了一个要买一包香烟的顾客，他想让丁云虾“肚子痛，拉稀”。
至此，这起被警方称为“2006.7.27投毒案”的命案在12天内告破。随后，破案的消息在当地电视台连续多天滚动播报。
据当年当地媒体的报道，此案由福州市、县两级公安机关联手攻坚，省公安厅挂牌督办，还被列为福建省2006年十大刑事案件之一。