2008年3月15日14时44分，巡道工朱志洪在沪昆铁路昆山段巡视时，忽的发现前方路基旁的草丛中有一个奇怪的东西随着草叶的晃动而时隐时现，好奇的朱志洪走上前去仔细一看，当即吓得手脚冰凉，大脑里一片空白，这东西竟然是一颗头颅，一颗严重损毁，已经难以辨认面目的头颅，发现地点位于沪昆线处。
从惊慌中回过神来的朱志洪立即打电话给上海铁路公安局上海铁路公安处昆山站派出所报案，当值的民警李宝山在接警后迅速赶到现场，起先他以为是有人卧轨自杀，结果身体被通过的列车给碾碎了，可是到了现场查看了一圈却发现只有这一枚已经没办法辨认五官面貌的头颅，而并没有身体的别的部位在现场。李宝山意识到这颗头颅应该是被人从列车上丢下来的，如果这个猜想成立的话，那这将是一起杀人碎尸并抛尸的重大命案。他不敢怠慢，立即将情况上报给所里，昆山站派出所王署光所长火速将情况报给上海铁路公安处刑侦支队。
15时左右，上海铁路公安处刑侦支队和昆山市公安局刑侦大队的侦查、技术人员相继赶到现场，然后就地开展勘查工作。16时，上海铁路公安局范福明局长也从上海赶到了现场，负责指挥现场指挥，统一进行现场的勘查、检验和走访工作。
现场铁路两侧都有护栏网片，下行线外侧是鱼塘，上行外侧是树丛，路外人员轻易无法接近铁路。头颅位于下行线米路基旁的草丛中，头颅骨片呈开放状，内无脑浆，鼻尖和两耳被切割，脸部有刀伤、锯伤，头发较短；在距头颅东西两侧6米范围内的草丛中各有一块不规则状的颅骨碎片。此外，现场附近还发现了一件深色的上衣和一只黑色的塑料袋，经过鉴定，应该是用来包裹头颅的物品，在被抛出的过程中和头颅分离。
鉴于现场周围，护栏设施未遭破坏，钢轨上未曾发现被辗轧过的痕迹和血迹，路基周围也未找到人体躯干等别的部位的肢体，组织大量人手巡查了数十公里的线路也没有搜寻到任何肢体，因此铁路交通事故的可能性被排除。据此，警方初步认定这是一起杀人抛尸的恶性案件，此处只是个抛尸现场，并非第一现场。
由于头颅已经完全没有办法辨认原貌，法医无法确定头颅的身份，只能确定是个大约40岁上下的男子，身高在1.67~1.71米之间，死亡时间大约是在一周之前，也就是3月10号的前后。应该是在另外的地方遭遇不测，凶手碎尸并刻意破坏了面部的无五官，就为了掩盖死者的样貌信息。此外，法医还发现死者头颅的后脑有一道陈旧性的伤疤……
1、铁路两侧都有隔离网隔离，而且在隔离网的外侧分别是数十米宽的鱼塘和树丛，路外人员难以靠近铁路，仅靠人力根本没办法将头颅扔到铁路内。因此能确认犯罪分子是在运行的列车将头颅抛下的。
2、现场路基两侧距护栏约5米，凶手若在没有车顶的货车上只要稍微用力，就可将头颅抛到铁路护栏外面，但无名头颅却在路基旁的草丛里，不符合从货车上扔下来的特征，因此案犯不可能从货物列车上抛尸，应该是从旅客列车上抛下来的。
3月16日，侦查员们再度勘查了现场，对案情分析会上的共识加以确认。结果在现场21-23号接触网电线杆之间的沪昆线下行道道心、路基以及上、下行的轨道当中发现了20余处白色浆状物和少量的头皮和毛发，形成了一道由东向西、长约42米的轨迹，确定了人头是从列车上抛下来的假设，而且只可能是从旅客列车的窗口抛下才会形成这样的轨迹。
同一天，警方成立由上海铁路公安局分管刑侦的田庆贵副局长亲自挂帅，抽调六十余名刑侦、技术部门的精干警力组成“3·15”专案组，对本案展开侦办。
在专案组面临的难题其实非常大，首先是排查范围的难题。案发现场作为一条铁路大动脉，每天来往行驶的旅客列车多达100多对，总共涉及九个铁路局、近百个车站，抛尸的人是从哪个车站上的车？上的哪趟列车，都是个未知数。
此外，由于头颅面部损毁严重，给认定死者身份的工作带来极大的困难，尸源无法确认，接下来的排查工作都无从开展。
为此，专案组向上海铁路公安局上海铁路公安处著名的模拟画像专家张欣求助，作为公安部特聘的刑侦专家，“刑侦八虎”之一（另外七人为邬国庆、崔道植、季宗棠、徐利明、吕登忠、陈世贤和高光斗），张欣的独特本事是根据目击者的口述复原出描述者的样貌。从以往破案的结果来看，其笔下复原后的人物长相，与嫌疑人实际面貌相似度达70%以上。
但这个案子的头颅却着实给张欣出了难题，因其面部五官被人为损毁，经法医生检验，死者脸部肌肉全被砍断，凶犯至少使用过两种以上的工具，来刻意毁坏被害人的面部。张欣认为，本案突破的关键就是查明死者的身份，而查明死者身份的关键就是尽快复原死者的容貌。
张欣有一项其他模拟画像专家没有的绝技，就是“摸骨复原成像”，也被叫做“颅相复原”，不过要将头颅上原有的、已经严重损毁的皮肉去除，从头骨上根据人体解剖学的知识积累重新往上添加肌肉组织，进而尽可能的还原死者的原貌，而且这项工作需要时间（2010年之前公安部还不具备用数字技术来进行模拟画像的能力）。
在忙了一天一夜后，张欣在3月17日提交了根据“颅相复原”绘制出了头颅的模拟画像，同时表示：死者最终的样貌可能会和图画有所出入，但只要和被害人生前熟悉的人，绝对一眼就能够辨认出来。并且还给出了死者大致的籍贯范围——安徽省或者江西省（根据张欣的经验，这两个省份的成年男子的普遍面部特点是五官比较集中）。
在获得模拟画像后，专案组接下来为了确定抛下头颅的旅客列车车次，向沪昆铁路沿线的各个公安机关发出一万多份协查通报和四万多份寻人启事；上海电视台、浙江电视台与江苏电视台专门播放了“3·15”案件寻人启事。
同时，专案组在初步确定了具备抛尸条件的57趟旅客列车的车次后派人对这些旅客列车逐一上车开展调查，对案发期间当班的列车员和乘警进行访问，寻找抛尸线索。然而这些列车经停数十个车站，搭乘的旅客超过五万，排查难度也可想而知。查了两个星期，一点线索都没有。
3月31日晚上，安徽蚌埠市民张某到蚌埠站买火车票时无意间看了寻人启事，发现上面的模拟画像和自己的好友王文杰的哥哥王文涛长得很像，于是立即将此情况告知了王文杰。因为王文涛已经失踪了十多天，王文杰一直在找他。
王文杰接到张某的电话后立即以最快速度赶到火车站，看到寻人启事后顿时失声痛哭起来——然后就在张某的陪同下到蚌埠站派出所报案。
根据王文杰介绍：王文涛平时喜欢打麻将，3月10日晚上从某棋牌室出来后便失踪， 他和家人多方寻找，至今下落不明。
4月2日，专案组提取王文杰的DNA和从死者头颅获取的DNA样本做比对，确定了他们之间的血缘关系，至此头颅的身份确认为王文涛。王文杰事后感叹：“他（指张欣）的模拟画像画的太像了，我一看就是我哥哥！”
同时，王文杰还证实，王文涛的后脑的确有一道疤痕，是1966年的时候被家里门板上的钉子划伤的。
王文涛时年48岁，安徽蚌埠人，原本是一名建筑工人，但因为染上赌博的恶习后失业在家，成天游手好闲，邻居反映，王文涛已经不满足于在蚌埠本地赌博，而是跑到昆山去赌。和别的嗜好赌博的赌徒不同的是，王文涛因赌博技术高超，别人输钱他赢钱，赌博成了他的“创收”来源。不过，和王文涛一起赌博过的人都对他的“赌品”打差评，说王文涛赢钱是由于“出老千”，恨他的人不少。而且发现头颅的地方刚好也位于昆山境内，因此专案组怀疑王文涛的死是否是因为和“赌友”因为“出老千”产生矛盾，进而发生冲突而被灭了口呢？
然而，专案组将王文涛的所有“赌友”全部排查了一遍后结果却让他们失望透顶。因为这些人全都没有作案时间，而且还说王文涛这个人虽然赌品不好，但他们也都没有必要为了他“出老千”而杀人，就算杀了人，也没有必要分尸，没有恨到那个份上做不出这种丧心病狂的事情。
此时，王文涛的弟弟王文杰给专案组提供了一条线索：他最后和哥哥见面的时候是3月10日晚上，王文涛在接了前妻赵苏云打来的一个电话后就和他告别走了，之后王文涛就再也没了音讯。
专案组立即找到赵苏云了解情况，但是赵苏云表示她对王文涛的情况一无所知，也不知道王文涛已经遇害了。她说自己一直就没离开过蚌埠，更没坐过火车去外地。对王文涛的死，她显得极为冷漠，一副事不关己的样子，同时专案组对赵苏云家进行的搜查也一无所获。
通过对赵苏云的社会关系的排查，专案组了解到时年44岁的赵苏云出身农村，家境贫寒，但长相姣好，20年前嫁给了第一任丈夫李某并就此从农村来到蚌埠市，但因为李某因犯罪被判刑后，赵苏云迅速与其离婚。并在1990年认识了当时还在蚌埠某建筑公司做工的王文涛，两人迅速成婚。一年后儿子出生，但由于出生时是绕脐生（脐带绕在脖颈上 ，出生就严重缺氧）需要输血，但孩子的血型和王文涛与赵苏云的血型都不符，最终被迫从血库中找血。
王文涛因此耿耿于怀，认为“喜当爹”了，为了报复赵苏云，王文涛也找了姘头，就此将赵苏云冷落。甚至还公然将姘头带回家，以三人同吃同住的方式来羞辱赵苏云。虽然在几年后赵苏云和王文涛又生了个女儿，但两人的关系始终没有好转。儿子由于先天性癫痫，一直体弱多病，王文涛对此不闻不问。2006年年底，15岁的儿子夭折，办完后事后，赵苏云和王文涛离婚，但是离婚不离家，依然保持同居，赵苏云则开了一家小文具店维持生计。
离婚后，赵苏云很快就认识了比她小4岁的王宾，王宾也是安徽蚌埠人，长期在上海虹口区开“摩的”，2007年1月妻子去世，一多月后王宾回蚌埠料理妻子的后事时认识了赵苏云，老实本分的王宾很快博得了赵苏云的好感，两人“双向奔赴”，赵苏云搬出了王文涛和家和王宾同居，很快就到了谈婚论嫁的地步。
然而就在这个档口，王文涛突然反悔，要求赵苏云“看在8岁的女儿面子上”和他复婚，赵苏云当然拒绝，结果遭到王文涛的恐吓。赵苏云的邻居证实有段时间王文涛三天两头上门闹事，还强行留宿赵苏云家。对此，王宾自然不能坐视不管，但他身子板比王文涛单薄，打不过王文涛，只能忍气吞声。
此外，邻居证实：3月7日晚，赵苏云与王文涛再次发生争吵，王文涛嚷嚷着要去找王宾的女儿报复，被赵苏云苦苦拦住。王文涛恶狠狠地说了一句：“我还要报复王宾，让你终身后悔！”邻居还证实：3月10日晚上王文涛又来过找赵苏云。
经侦查，王宾在2008年3月10日在蚌埠，3月12日就去了上海，3月14日又去过昆山和苏州一带，3月15日王文涛的头颅就被发现。
为了获取更多证据，专案组调看了上海火车站3月14日当天的监控，结果发现王宾在傍晚拎着一只装着一个球状物的塑料袋进站上车（不知道他是怎么过的安检，当时上海火车站已经实施安检，可能当时只检查大件行李，而对手中拎着的塑料袋往往会被忽略掉）。当晚23时王宾又出现在上海火车站的监控画面中，但这样一个时间段他的手中已无那只袋子了。
为此，专案组在2008年4月3日将王宾和赵苏云分别在上海的蚌埠控制住。王宾到案后拒不承认自己有任何罪行，但专案组在搜查王宾在上海的住处时搜出了一封还未来得及寄出的信，信是写给王宾的女儿的，信中透露了自己为了赵苏云的感情，逼不得已杀掉了赵苏云的前夫王文涛，希望女儿原谅他，可是信中并没有透露杀人的细节。
专案组推测，王宾是在蚌埠赵苏云的住处将王文涛杀害并分尸，然后带着王文涛的头颅到上海，进行破坏后将透露抛在沪昆线昆山段。因此，专案组再度对赵苏云家进行了挖地三尺式的搜查，将家中物品全部仔细检查，最终将卫生间的洗衣机搬开后，在地砖和瓷砖之间发现了一滴米粒大小的滴落状血点。经过DNA鉴定，这份样本和王文涛的DNA样本可以作同一认定。
铁证之下，赵苏云和王宾的心理防线相继崩溃，交代了两人合谋杀害王文涛的犯罪事实。
3月7日晚王文涛大闹一场离开后，赵苏云就与远在上海的王宾通电话，她要求王宾采取行动，做掉王文涛。
2008年3月10日，王宾假借讨债之名从上海雇佣了曹通、赵荣江和王俊堂三名帮手，当晚乘火车到达蚌埠，然后埋伏在赵苏云的家，由赵苏云打电话把王文涛骗来，然后下手。
3月11日0点过后不久，王文涛来到赵苏云的住处，王宾、曹通、赵荣江和王俊堂一拥而上将王文涛制服，用绳子将他五花大绑丢在床上，并用塑料封箱带将其嘴巴和眼睛封住。
制服王文涛后，曹通、赵荣江和王俊堂拿了2000多元的“报酬”后就离开蚌埠返回上海。王宾和赵苏云找了几个黑色塑料袋，把王文涛从床上拖到地板上，然后再用塑料袋套住他的头并打了个结。几分钟后，王文涛断了气。
3月11日，赵苏云和王宾两人分别购买了菜刀、斧头、塑料袋以及编织袋等作案工具，在赵苏云家中的厕所内将王文涛的尸体进行分尸并装入编织袋。
3月12日晚，王宾一个开货车的朋友，谎称“带点羊肉回上海贩卖”，顺利地将尸块运到他在上海虹镇老街的暂住屋内。
3月13日，王宾用自己的摩托车将尸块分批抛入浦东新区的数条小河浜和几个公共厕所内（后全部被捞出）。然后将死者的衣物焚烧掉。3月14日傍晚，王宾拎着毁过容的王文涛的头颅乘坐北上的旅客列车，在列车离开昆山站不久，就到车厢内的厕所里，将用一件深色外衣和黑色塑料袋包裹的头颅从窗户处抛出，当列车停靠苏州站时下车，再乘坐回上海的列车当夜返回上海。
2008年4月5日、6日，曹通、赵荣江和王俊堂等3名涉案帮凶也在上海分别落网。经审讯，三人对各自的犯罪事实供认不讳。
2008年10月27日上午，上海铁路运输中级法院依法公开对这起故意杀人案件作出判决，以故意杀人罪判处王宾死刑，剥夺政治权利终身；判处赵苏云死刑、缓期两年执行，剥夺政治权利终身。曹通、赵荣江和王俊堂分别以非法拘禁罪被处以三年至七年的有期徒刑。
