1954年北京至辽宁省安东市开通13/14次直通旅客快车，后延伸至平壤。1959年13/14次列车被更名27/28次。1965年安东改称丹东。
案子发生在由北京发往丹东的27次列车之上。1979年2月24日16:51分，27次列车由北京发出，沿途经过天津，唐山，山海关，锦州，沈阳，本溪，凤城，行驶时间16小时，于2月25日8:05抵达丹东车站。
所有旅客下车后，乘务员进行例行清理，在6号车厢中段座位上方的行李架上看到一个灰色的人造革提包和一个白色塑料布裹成的行李卷。乘务员以为是旅客不小心遗漏了行李，把这两个包裹送去派出所。民警打开包和行李卷，里面的东西让所有人都大惊失色。
手提包内有白绿条床单包裹的两块无手上肢和四块下肢，塑料布行李卷里装着一具男性躯干，无头，无四肢。丹东市公安局的刑警们接到通知后立刻赶到派出所了解情况。列车上的所有乘务员和乘警都被叫来问话，无一人记得当时坐在这两件行李下的乘客的具体特征。2月24日下午火车上客前，列车员对各节车厢进行过全面检查，确认行李架上，座椅之下都没有一点物品。既然行李是在到站后被发现的，有人将尸块从丹东带上车的可能性几乎为零，可是携带尸块的嫌犯上车的地点从始发站北京开始，包括所有沿途站点。
一时间丹东的刑警们也无法判断嫌犯具体是从哪儿上的车，讨论过后，他们决定将两件行李连同尸块一道运到列车始发站北京，交由北京的刑警们继续调查。
人造革手提包上印着“北京农业展览馆”的图案，拉链上吊着一把红卫牌锁，包中的上下肢用白绿相间条纹床单包裹。尸块的切口处塞上棉花，下肢上套着内裤和灰色棉毛裤，包内还有蓝色斜纹衣服的碎片一块，包底部是四块小塑胶布和一块沾有大量血迹的抹布。下肢上有浓密的汗毛，脚长23.9厘米，受害者应为男性。
塑胶布行李卷长约70厘米，直径约40厘米，由麻绳捆绑后套在蓝白色网兜内。塑胶布上有几个鞋印，内层是由紫色被褥裹着的男性躯干。躯干身着灰色衬衣和圆领短袖针织衫，切口处同样塞着棉花，行李卷内另找到半张报纸。
经过大量的走访和比对，警方确认蓝白色网兜，白绿条床单，紫色被褥均为北京生产，麻绳虽然是通县出品，却仅限北京市内销售。这些物证都表明案子非常有可能是在北京发生的，嫌犯杀人分尸之后将尸块带上并遗留在27次列车。
北京火车站的各工区工作人员都被要求帮助回忆2月24日下午27次列车发车前车站内的情况。电力工区的职工记起16:00后，她曾在候车大厅见到一个身穿蓝色棉衣，二十来岁的男子夹着一个似乎很沉的塑胶布行李卷。当时人流密集，这位职工没能看清男子的面貌特征。
警方找到24日至25日间在27次列车6号车厢的所有69名乘客，其中坐在人造革手提包和塑料布行李卷对面的30号座位上的乘客提供了有关这两件行李的重要信息。这名乘客从北京上车时他的30号座位上方的行李架已经堆满了其他乘客的行李，他前后打量看见对面29号座位上方的行李架只有一个灰色手提包和一个塑胶布行李卷，还有一些空隙。他触摸感觉手提包和行李卷里的物品比较软，应当可承受重量，就把自己的行李抬起压在了那两件行李之上。乘客一直到终点站丹东下车，期间并没有乘客上前挪动过手提包和行李卷。火车到站后，他取下行李离开，也没看到其他人来取那两件行李。
根据北京火车站的职工和27次列车6号车厢30号座位乘客的说法，两件装有尸块的行李的确是从北京带上车的。
按照北京为案发地的假设，北京市公安局向各分局和派出所要求排查2月24日前失踪的本市成年男性，此外对于2月24日前从外地抵京办事探亲的男性，也需要查清他们在24日之后的去向。民警也对铁路沿线，河沟和一些可能抛尸的地点清查，希望可以找到受害者的头颅和双手。一段时间过去，这两个方向都没有进展：27名失踪男性无一人与27次列车上的尸块特征相符，而受害者的头颅和双手也无处可寻。
现场鉴证的人员再次仔细研究他们现有的证物，得出塑胶布上的鞋印共两种，分别是席状花纹和前掌波浪纹。经查席状花纹的鞋子是北京三羊牌布鞋，波浪纹的鞋子不是北京生产。塑胶布上沾染了一些血迹，在血迹下面有类似蓝色油漆的痕迹，化验根据结果得出该痕迹属于重油混合漆。
工作人员一次又一次观看塑胶布，终于在血迹下找出一些模糊的钢笔字迹，隐约辨认出772187，773115两个数字以及“陈”这个汉字。在电话黄页中查得这是两个属于朝阳区饮食服务管理处双井饮食基层店的手机号。基层店的经理透露773115是一楼营业室的电话，除店里的员工外，顾客和附近单位的员工都会偶尔借用，772187这部电话放在二楼办公室，一般只有店里的员工才会使用。同时知道两个号码的人应当对店里很熟悉，或许就在店里工作。基层店共有200多名员工，其中姓陈的职工12人。
从侧面了解过12名陈姓职工的履历，个性和生活状况之后，警方认为最有可疑的只有名叫陈克浩的男性员工。陈克浩54岁，曾在北京市委行政处工作，1967年调入朝阳区饮食服务管理处任保卫干部，因工作表现不佳，1973年被降职至双井基层店。陈克浩在市委行政处工作期间，与当时在市委幼儿园做临时工的刘敬芝有了关系。刘敬芝结过两次婚，与陈克浩勾搭在一起时，她还处在第二段婚姻中。文革开始，刘敬芝和第二任丈夫被下令遣返原籍，陈克浩利用自己的职权将刘敬芝留在北京，不久刘敬芝顺理成章与第二任丈夫离婚。陈克浩的行为被发现后收到留党察看两年的处分。
1967年陈克浩与刘敬芝结婚，两人常为了钱的问题争吵，1978年陈克浩与刘敬芝离婚。据两人的邻居反映，陈克浩与刘敬芝虽已结束婚姻关系，却仍有密切来往，还会在互相住处过夜。
如果说陈克浩只是因为品行不良而成为怀疑对象，刘敬芝其人简直就是神秘又诡异，她带着三个孩子住，无业却经济宽裕，和很多不明身份的人有交往。其中与刘敬芝往来最频繁的是一个姓何的辽宁人，好像是刮猪皮的，私下做点生意，他在刘敬芝家住的日子颇多。去年十月底，刘敬芝家有人打架，动静大得邻里都被惊动了。时候刘敬芝解释说前夫陈克浩是个醋坛子，正好碰到辽宁人在自己家，就出手打了起来。事后陈克浩还去派出所检举何男与刘敬芝有不正当男女关系。
居委会和刘敬芝的邻居注意到，3月初平时从来不注意卫生的刘敬芝在家里大扫除，把墙皮铲了，地板刷了，放水冲下水道，擦洗门窗，清洗家具，甚至连抽屉的角落都没有放过。之后她还重新粉刷房间。
3月10日刘敬芝的邻居看见楼下的平房屋顶上突然多了一个紫色的布包。警察悄悄把这个布包带回公安局，里面有三块紫色的布料，与白色塑胶布内包裹尸身的紫色被褥相符。刘敬芝的一个邻居认出紫色布料是之前她买个刘家的沙发的沙发套。刘敬芝买下沙发后将沙发套换了新的，换下来的紫色布料改成了被褥，给她的儿子使用。
第二天刘敬芝有事出门，警察趁此机会进入她家取证。虽然刘敬芝彻底清洗过房间，警方还是从她的缝纫机抽屉的缝隙中找到喷溅血迹，从她新油漆的蓝色瓦斯灶上提取了一些油漆样本，又在她床下的三羊牌棉鞋印了鞋印，一并带回公安局化验。刘敬芝家搜集到的血液与尸块的血型一致（DNA技术在九十年代中后期才被运用在法医鉴证之中，在1979年，法医对血液唯一能做的就是测试和比对血型。）；瓦斯灶的蓝色油漆与白色塑胶布上的蓝色油漆成分相同；棉鞋的鞋印与塑胶布上的席状花纹符合。
负责跟踪刘敬芝和陈克浩的侦查人员记录了两人数次的会面，陈克浩没有去刘敬芝家，而是和她在外面接头，仅3月12日至16日的五日间就见面四次。最后一次陈克浩陪着刘敬芝带着一个包裹去了弹棉花的地方。侦查员时候从弹棉花的师傅处了解到刘敬芝自称李莉，留了假的地址，请求师傅帮她做一床被子。
尽管刘敬芝有太多的不正常之处，警方仍需要确认死者身份。在此以前，刘敬芝和陈克浩只是被暗中监视，并没有失去人身自由。
警察们对刘敬芝和陈克浩的社会关系进行排查，刘敬芝私下做生意认识的遍及河北，河南，辽宁，黑龙江等地的数百人都接受了问话，这些人都还活在人世，显然不是受害者。至此，只剩刘敬芝邻居见过的与她过从甚密的何姓辽宁人不知所踪。派出所的民警记得陈克浩报案一事，但是没有将此事记录在案，因此何男的名字和具体信息都没有留下。
那个年代还没有开放私人经商，如果姓何的在做生意，也许被抓住处理过。刑警们于是继续跑各个区的市场和派出所寻找线索。东风市场派出所里果然有刘敬芝的案卷，她和一男进行投机倒把被抓了。案卷里没有记下男人的名字，可是办理此案的民警隐约记得那人名叫张跃华，与刘敬芝倒卖赃车被抓后送去收容所拘留。
收容所的记录中张跃华是北京人，与刘敬芝一样的年纪，42岁。张跃华1954年因盗窃罪被判刑，后于1969年被改派到黑龙江林甸县红旗公社插队。1978年张跃华离开林甸，此后再也没有回去。
张跃华有三个姐姐，都已结婚成家。她们均称自从张跃华被判刑去了黑龙江，就与其再无来往。不过她们提供的张跃华的身体特征与尸块完全相同。
四月底公安局接到一个报警电话，打电话的人称自己和刘敬芝在谈恋爱，近日他去过刘家几次，见刘敬芝慌乱不安，就安慰她，还提出结婚。这样一来刘敬芝被感动得道出了自己的秘密，她让男友赶紧搬家，五一就可以结婚。被问到为何如此着急之时，刘敬芝承认自己是最近公安局公开调查的火车碎尸案的凶手之一。
刘敬芝说被害者是姐姐给自己介绍的对象，北京人，因为犯罪被送去东北服刑，刑满释放回到北京就住在自己家，还对自己耍流氓。刘敬芝忍不了，就约了两个人一起把男人杀了，随后分尸，装了两个包裹带去火车上。
经查报案的男性是经人介绍与刘敬芝谈对象的，对她的私生活包括和多名男性的关系根本不了解，可以排除他是涉案人员，为了洗清自己才急于把案子推到刘敬芝身上的可能。
至此警方已经掌握了充足的物证，人证以及受害者的身份，经检察院批准，刘敬芝与陈克浩被捕。在刘家正式搜查的刑警们又找到了菜刀，擀面杖等杀人凶器，以及张跃华的棉衣。在大量证据面前，陈克浩和刘敬芝很快就交代了她们实施犯罪的过程。
1978年3月，刘敬芝在倒卖布票时与暂时从黑龙江返回北京的张跃华相识。刘敬芝看中张跃华比陈克浩年轻帅气，而张跃华想在北京找个免费的住处，一来二往的，两人就有了关系。当时刘敬芝与陈克浩还未离婚，张跃华趁陈克浩上班时就去找刘敬芝幽会。陈克浩发现刘敬芝与张跃华有染后非常气愤，与两人大闹了几次。6月陈克浩与刘敬芝离婚，搬走，张跃华立马就搬进了刘家同居。
张跃华对刘敬芝也有几分真心，从生意上赚的钱全都交给刘敬芝，他想和刘敬芝结婚。刘敬芝看不上张跃华的黑龙江农村户口，总是顾左右而言他，最后干脆拒绝结婚的要求。这样一来张跃华不干了，他威胁刘敬芝说，如果刘不同自己结婚，就得把自己给她的钱还清，不然两人派出所见。刘敬芝早就把钱花光了，又害怕张跃华去派出所告自己，但实在不愿意和他结婚。思来想去，刘敬芝起了杀意。
同时期陈克浩也常来刘敬芝家“拜访”，他想复婚。刘敬芝趁机把杀掉张跃华处理问题的想法和陈克浩说了说，陈克浩眼睛都没眨一下就同意参与杀人，他一直觉得和刘敬芝离婚就是张跃华从中挑拨，早就对他怀恨在心。陈克浩以为张跃华在北京没有亲友，杀了他可以神不知鬼不觉，只要把尸体彻底处理就行。
陈克浩和刘敬芝商量了杀人的具体办法，刘敬芝请了自己的侄子刘京生帮忙，向其承诺一定金钱作为报酬。
1979年2月22日，张跃华在刘敬芝家吃午饭，陈克浩突然现身，举着擀面杖朝正在喝酒的张跃华脑部猛击三下，张跃华倒在地上，刘京生扑上去按住他的双手，陈克浩和刘敬芝去掐张跃华的脖子直至他不再挣扎。陈克浩随即把张跃华的尸体拖到刘敬芝床底藏好，再若无其事去单位上班。
两天后的24日是个周末，刘京生先到姑姑刘敬芝家，不久陈克浩带着灰色人造革提包，麻绳和白塑胶布也来了。二人和刘敬芝还有刘敬芝的孩子吃完午饭，刘敬芝把孩子打发出去玩耍，陈克浩和刘京生齐力把张跃华的尸体拉出来。由刘敬芝在门口放风，陈克浩和刘京生合力将尸体大卸十块（分别是头颅，双手，双臂，躯干，砍成四段的双腿）。三人担心张跃华在警方有照片和指纹记录，便只是把张跃华的四肢和身躯装进提包和塑胶布，他的头和手另行处理。
陈克浩和刘京生把张跃华的眼睛挖下，将眼睛和张跃华手指上的皮肤倒进厕所冲走，头和手在锅里煮烂，再装入牛皮纸袋。下午刘京生夹着塑胶布裹成的行李卷，陈克浩提着灰色提包，同刘敬芝一起乘公交车到永定门火车站，原计划将两袋尸块放在前往张家口的火车。三人抵达永定门车站时，去张家口的列车已经发动，不得已只得改道北京火车站，正好27次列车在检票进站，三人便买了站台票进入站台并混上27次列车，趁没人注意将两袋尸块放在6号车厢的行李架上，再下车离开。
25日晚上，刘敬芝把装有张跃华头颅和双手的牛皮纸袋放入草篮，由陈克浩骑自行车载着到了东郊，两人将牛皮纸袋扔进污水河里。
一切处理完毕后，陈克浩忽然想起他在塑胶布上写下了双井饮食基层店的手机号，把此事告知刘敬芝。两人惴惴不安，时刻害怕被警方查到。刘敬芝要求陈克浩和刘京生不要再上她家找她，又和陈克浩约好了在其他地点见面。陈克浩指点刘敬芝清扫房子毁灭证据，还需要去弹一床新的被子，做成和裹张跃华的紫色被褥同样的式样以免被警方发现。
