Hal yang membuktikan bahwa kematian Sungjae merupakan kasus pembunuhan adalah adanya bekas jarum suntik pada lengan kanannya.
Ini lantaran Sungjae bukan seorang kidal jadi agak mustahil untuk dia melakukan suntikan itu sendiri.
Polisi mengungkapkan pada saat itu Sungjae menginap di hotel tersebut bersama seorang staf, kekasihnya Kim Mo dan 6 penari.
Namun orang terakhir yang dilihat bersama Sungjae sebelum ditemui tidak bernyawa merupakan kekasihnya Kim Mo.
Sebelumnya, staf rumah sakit hewan telah membuat laporan mengatakan bahawa Kim Mo membeli anestetik hewan dan 7 gram magnesium sulfat dengan alasan dia tak bisa menjaga anjingnya dan mau menidurkan binatang peliharaannya itu.
Tak cukup dengan itu, Kim Mo juga membeli dua picagari dari rumah sakit hewan tersebut.
Ia meminta agar merahasiakan pembeliannya itu dari pihak polisi.
Dengan bukti ini, Kim Mo ditetapkan sebagai tersangka utama kematian Sungjae.
Kim Mo mengaku dia sempat ingin bunuh diri setelah gagal menjadi doktor gigi.
"Sebelum Kim Sung Jae terbang ke US pada 15 November 1994, dia telah memutuskan hubungannya dengan kekasihnya melalui panggilan telefon.
Kekasihnya ini kemudiannya membuat keputusan untuk membunuh Kim Sung Jae dengan membeli dua anestetik hewan, magnesium sulfat dan dua picagari dari sebuah rumah sakit di Seochu-gu dan memberitahu pihak rumah sakit untuk merahasiakan pembeliannya.