案件发生在内蒙古乌拉盖管理区巴音胡硕镇的一家洗浴中心。2005年7月4号中午，一名烧锅炉的工人去店里找女老板结工钱时，发现了被害人彭玉莲的尸体。被害人遭到切颈并且遭受性侵害，这一场景令人震惊。
根据线索显示，凶手的行为包括抢劫、强奸和杀人。然而，在没有更多详细信息的情况下，无法确定这三者的具体顺序。警方需要进一步调查和分析其他证据，以确定凶手的作案顺序。
为了确定案件的性质，警方对现场进行了还原，并做了细致的分析。民警认为，现场如此大面积的翻动，必然需要一定的时间。
被害人全身赤裸，上半身仰卧在床上，两条腿垂在床边，从这个姿势来看，被害人在遭受性侵时并没有挣扎和反抗的迹象，死者头上的伤和流血这个方向来看的话呢，死者躺了以后再没动过，从这个死者这个姿势来看的话，应该是没有反抗，应该是先杀人，然后强奸。
根据综合现场各种迹象和调查结果，案件最终被定性为没有预谋的激情犯罪。被害人彭玉莲的身份特殊，社会关系复杂，拥有众多异性朋友。
在调查中，有一名男子称案发当晚九点半左右曾去找过被害人。当时被害人卧室的灯是开着的，但他在外面喊了几句却没有得到回应，之后被害人独自离开。被害人的通话记录显示，在案发当晚八点半是她的最后一条通话记录。一个小时之后，她便没有再回应。警方根据这些信息推断，庞玉莲的被害时间应该在当晚八点半到九点半之间。这个时间段与法医的结论相符。
在勘查过程中，民警还在洗浴中心外发现了一些重要线索。
警方在洗浴中心外发现了一辆车反复出现的轮胎印，并且确认这些轮胎印与来访男子的车辆相符，这引起了警方的怀疑。警方再次找到这名男子时，他表现得情绪非常不安，坚称自己与被害人彭玉莲的被害没有任何关系，尽管最近与她有频繁的交往。
该男子回忆道，案发当晚他本打算去找彭玉莲约会。平时听到他开车的声音，彭玉莲都会出门迎接，但是那天晚上，他多次经过洗浴中心，却没有看到彭玉莲的身影。后来，他下车走到彭玉莲卧室的窗台，透过窗户他模糊地看到屋内物品被翻弄得一地，但由于角度的问题，他没有发现彭玉莲的尸体。他在窗前喊了几声，仍然没有得到被害人的回应，于是他只好独自驾车离开。
在第一次接受讯问时，由于害怕被警方怀疑，他隐瞒了部分事实。然而，在现场警方掌握了两个铁证：几枚指纹和死者身上的精斑。因此，警方在第一时间对当晚出现在案发现场的这名嫌疑男子进行了指纹和血液对比。
警方在进一步调查后排除了之前男子的嫌疑。在现场勘查中，侦查员发现嫌疑人曾对被害人的私密物品进行翻动，并带走了一些内衣，其中内裤显得比较清洁，看起来像是经过清洗的。因此，警方决定对有类似前科劣迹的可疑人员和重点嫌疑对象进行DNA和指纹比对。
然而，遗憾的是，在第一批送检的人员中，并没有找到符合条件的嫌疑人。随后，警方开始逐步扩大排查范围。乌拉盖虽然只有不到2万人口，但是分布在5000多平方公里的广阔土地上，其中大约一半是牧民。警方将目标锁定在20岁至45岁之间的单身男性，并排除了没有作案时间的人员，仍然有超过3000人符合条件。
对于只有六名执行行刑任务的公安局来说，这将是一项艰巨而漫长的任务。警方需要进行大量的排查和调查工作，以便找到可能与案件有关的嫌疑人。
由于送检路途遥远、人力和财力有限的情况，警方只能按照协议程度对划定的人员依次进行送检。然而，一个又一个的比对结果都没有出现吻合的样本，这让警方感到十分不安。他们意识到性犯罪往往具有重复性，凶手不可能只犯一次罪行。专案组开始密切关注之后发生的每一起案件，希望能够从中获取关键信息。
一年过去了，送检工作仍在继续，但从现场提取的指纹和精液的主人却仍未出现。警方开始重新梳理案情，寻找突破口。然而，此时案发地即将面临拆迁，线索不明朗，现场即将面目全非，这给专案组的成员带来了巨大的打击和困扰。在这段时间里，每个办案人员都多次前往案发地，希望能够从中获取更多线索。
在接下来的几年里，上级公安局和刑侦专家们多次对该案进行研究和分析，他们都认可专案组根据现场对凶手的描述所划定的凶手范围。尽管目前没有明确的突破口，但警方仍然坚持并努力寻找新的线索和证据，希望能够最终解决这个案件。
在警方的侦查范围中，凡是案发前后来过乌拉盖的男性，只要符合年龄条件，都被划定为嫌疑人并进行调查。根据这个原则，李小泉作为一名曾经在乌拉盖出现过的人员，被列入了警方的侦查名单中。
局长杨玉海因工作需要接到了调往其他公安局的调令，但在临行前，他召开了最后一次专门会议，其中重新引起了他的重视的人员李小泉成为了焦点。经过仔细研判，杨玉海将李小泉的名字写在了送检的20人名单中的第一位。随着等待送检结果的焦急，新局长即将上任。
然而，在新局长上任的第一天，戏剧性的结果出现了。从现场提取到的精液DNA与送检的李小泉的DNA完全吻合，残缺指纹也与李小泉的指纹比对一致。新局长收获意外惊喜，他上任后的第一件事就是部署抓捕李小泉。
经过进一步调查，警方在一条路上发现了李小泉的踪迹。
林小泉对强奸、杀害庞玉莲的犯罪事实供认不讳。据林小泉交代，案发当天，他开着墓主家的小四轮来镇上修车。
当晚，他没有返回牧场，却向牧主谎报自己已经回到牧场。由于有牧场主人的作证，因此在后面的调查中，李小全的名字被警方划定再次重要名单之列。
天黑后，李小泉来到他以前住过一次的洗浴中心。当晚，23岁的李小泉要求彭玉莲提供性服务，但遭到了被害人的拒绝。李小泉通过老板娘的喊叫声判断店里只有女老板庞玉莲一人之后，李小泉心中产生了邪恶的想法，随即他用电话线勒住了庞玉莲的脖子，然后又用菜刀砍向了被害人的颈部。
行凶后，丧心病狂的李小泉又强暴了被害人的尸体。之后，他对现场进行了财物翻找，并将唐玉莲的一些女性用品带回了牧场。至此，这起震惊整个乌拉盖的强奸杀人案历经五年终于告破。
最终，李小泉被依法判处死刑。 至此全案结