經過
失蹤
1990年4月2日，就讀於日本東京御茶水女子大學四年級的女大學生井口真理子，獨自一人搭機到達台灣進行自助旅行，投宿於台北國際青年之家。3日，在台北市觀光；4日上午寄明信片給家人，中午搭乘自強號南下台南，認識一名李姓年輕男子，當晚投宿其家中。5日、6日由李姓男子陪同在台南市觀光。7日上午，真理子寄信給家人後，由李姓男子載往台南車站搭乘復興號前往高雄，中午12時許步出高雄車站剪票口，自此行蹤成謎。18日井口真理子預定搭乘返日的聯合航空828號班機無人取消她預定的機位，內政部警政署入出境管理局（即今內政部入出國及移民署）亦查無真理子的出境紀錄。25日，真理子的母親井口久子抵台尋找愛女，並由日本交流協會陪同正式向內政部警政署報案。
偵辦
在接獲報案後，警政署通令全國各縣市警察機關進行協尋，並無所獲。6月27日，刑事警察局與高雄市政府警察局組成“〇四〇七聯合專案小組”，懸賞新台幣五萬元。家屬亦提供日幣五十萬懸賞。由於台南市的李姓男子是井口真理子最後的接觸對象，因而被專案小組列為重要關係人，但他的說詞及行蹤均交代得相當詳細，因而獲得釋回。7月7日，警方接獲線報指稱井口真理子已慘遭殺害，並被埋屍於台南縣新市鄉一處公墓，隔日警方派員大規模搜尋，但並無所獲。7月18日，井口久子二度到台灣尋女，仍未有所獲。9月6日，井口久子三度到台灣尋女，並成立“井口真理子搜尋後援會”，唯仍一無所獲。
10月間，專案小組根據線報約詢計程車司機劉學強，但因其精神狀況不穩定，加上供詞反覆，因此並無所獲。12月6日，警政署長下令將懸賞獎金提高到新台幣一百萬元，且必須做到“活要見人，死要見屍”。1991年1月4日，在台中縣后里鄉的一處甘蔗園內，發現一具與井口真理子特徵高度相似的無名女屍，但在經過牙齒X光照片比對後，確認並非失蹤的井口真理子。
破案
在井口真理子失蹤近一年後，1991年3月4日，專案小組根據可靠線報，認為先前遭到約詢，住在高雄市小港區的計程車司機劉學強涉有重嫌，前往其住處加以逮捕。
遭到逮捕後，劉學強在自白書中坦承犯案。其於自白書中指出，他於去年（1990年）4月7日在高雄車站前的建國三路騎樓，看見獨自背著背包的井口真理子，上前搭訕才發現真理子是日本人，在筆談後得知真理子欲尋找住處，便騎機車將真理子載回小港區住處。隨後兩人一同前往澄清湖、鳳山、大統百貨等地遊玩，當晚真理子便隨同劉學強返回其住處休息。關於殺人經過，劉學強供稱他於8日清晨持十字弓，向井口真理子頭部發射四箭後，將其頭顱砍下放入塑膠袋，屍體則以床單包裹，連同作案穿著的血衣、作案用的十字弓、井口真理子的背包，分散在不同地點丟棄。在棄屍時唯恐被人發現，便淋上汽油焚屍，另外也燒毀真理子所睡的床板。
劉學強坦承犯案後，於5日遭到法院收押。隨後警方多次借提劉學強詢問棄屍地點，但劉學強供詞反覆，有時說在台南縣，有時說在台南市，使警方數度往返台南與高雄間，但都一無所獲。3月7日，劉學強坦承棄屍地點位於台南市崇明十三街一處空地，頭顱則丟棄於南門街附近的垃圾子車。3月9日，專案小組前往劉學強供稱的棄屍地點開挖，在被砍掉的大樹樹根下挖出一百多塊大小屍骨，並送往台北進行鑑定，但由於頭顱被丟棄之後被運往台南縣仁德鄉垃圾掩埋場，時日已久，開挖所費不貲，尋找頭顱的計畫被迫取消。隨後根據劉學強的供詞，陸續尋獲井口真理子的手電筒、萬用刀、洋傘等遺物及作案用的十字弓。3月14日，井口久子再度抵台。在經知名法醫楊日松及國際刑事專家李昌鈺等人鑑識後，確定所挖出的屍骨就是失蹤已久的井口真理子。
4月11日，專案小組以《刑法》殺人、侵占、侵害及遺棄屍體罪嫌，將劉學強移送高雄地檢署偵辦。專案小組在移送書中引述秘密證人證詞，認定劉學強系因覬覦井口真理子的姿色，意圖非禮遭到拒絕，因而惱羞成怒，趁真理子熟睡之時予以殺害，並在行兇後玷污其屍體，還取走真理子身上的現金。移送書中也指出雖然未能找到井口真理子的頭顱，但根據血型、身高、遺物、人證等，均足以證明死者便是井口真理子。11月24日，高雄地方法院依殺人及遺棄屍體罪嫌，判處劉學強死刑，因劉學強符合精神異常的減刑條件，減為無期徒刑，褫奪公權終身。
1993年5月3日，井口真理子的遺骨在台灣火化，並由其母井口久子專程到台灣運送返回日本。
影響
觀光衝擊
由於台灣地理位置與日本相當接近，台灣一向是日本人出國旅遊的熱門選擇，日本觀光客也是台灣觀光業最重要的收入來源。井口真理子於台灣失蹤的訊息傳出之後，立即成為日本各媒體爭相報導的焦點新聞，且持續數周之久。日本媒體更進一步深入追蹤報導台灣治安惡化的情形，使得台灣在日本人心中“治安良好，有人情味”的形象受到嚴重打擊。根據1990年11月交通部觀光局所發布的統計資料指出，該年前三季（一至九月）日本來台的觀光客較前年同期減少3.1%，創下歷年最大負成長紀錄，在井口真理子失蹤訊息傳出之後的兩個月更遽降達一成以上。同一時間日本觀光業者針對八個日本人主要海外旅遊地區評價進行調查，台灣首度敬陪末座，“治安不佳”被列為主要因素之一。日亞航在日本國內宣傳台灣旅遊時，甚至遭到許多民眾打電話抗議，認為台灣治安敗壞，不應為其宣傳。
戲劇改編
1994年，日本導演林海象以井口真理子命案為故事主軸，由日本知名編劇唐十郎編劇，拍攝新片“孤島”（後改名“海鬼燈”），由台灣女星坣娜主演，一人分飾瑪莉子（與真理子日語發音相同）及真理子兩角。此片是杜撰在真理子失蹤五年後，她的一封信竟寄到母親手上，母親因而委託偵探（由唐十郎自編自演）來台解謎，瑪莉子和另外一對男女捲入謎團，全片充滿懸疑氣氛，同時獻給真理子的母親。
此外，台灣許多以社會案件為主軸的單元劇，也紛紛將喧騰一時的井口真理子命案，以真人實事或改編的方式搬上螢光幕。知名演員李國修也以井口真理子命案為靈感，寫出諷刺時政的舞台劇“救國株式會社”。
計程車問題
由於此案件是計程車司機犯罪案中最受矚目者，引起民眾對於計程車司機犯罪問題的關注，以往並未限制計程車司機取得執業登記證的資格，導致屢傳出計程車司機犯下殺人、強盜、性侵害等案件，尤其是性侵害案件讓女性對於搭計程車因而卻步。後來修改規定限制一些犯罪前科者不得考領執業登記證，並且讓不少計程車司機組成無線電及衛星派遣車隊，以挽回民眾搭乘計程車的信心。
