第二天下午，王欢和黄洋的师兄孙希才一起到421寝室看望黄洋，发现黄洋还在公共盥洗室里呕吐，面部水肿。大家担心黄洋的情况不好，带他去中山医院超声科进行全腹部检查，检查的正是林森浩，检查结果是各脏器并没发现异常。
在急诊科，黄洋进行了肾功能、肝功能、血常规等检查，发现他血小板低，肝功能损伤。当晚，黄洋留在急诊留观室治疗，血小板一直在下降。孙希才看病情严重，电话通知了黄洋远在四川的家人。
4月3日下午，黄洋被转到ICU，但病因仍不确定。医学院的同学们都感觉不像是普通的食物中毒，孙希才提议进行毒物分析。王欢等同学在警方的笔录中称，医生提供无菌容器和委托书，和同学们分头搜集黄洋的尿样、血样、水样，由同学联系专业的毒化检验中心检验，但并未监测出结果。
黄洋的父亲黄国强在晚上8点多赶到上海，去ICU看了看黄洋，然后到黄洋所在的宿舍住下，见到了林森浩。黄国强对林森浩说，黄洋的病情很不好。
4月5日下午，付令元和盛磊、林森浩约好去看黄洋，大家隔着ICU的玻璃和黄洋用对讲机做交流，只有林森浩没有和黄洋通话。付令元在警方笔录中说，林森浩后来说，黄洋血小板低，可能是医生用药不当造成的。
到了4月6日，黄洋开始鼻出血，意识模糊，痛苦地挣扎，医护人员用束缚带把黄洋四肢绑在床上。王欢后来对警方回忆说，黄洋昏迷，全身插满导管，有静脉导管、气管插管、导尿管等。到4月16日去世前，黄洋全身浮肿、大片皮下出血淤斑，很难认出原来的模样。
直到4月7日，医生还和医学院的同学们商量，搜集黄洋的日常用品监测，但仍没有结果。
直到4月8日晚上10点多钟，和黄洋同宿舍的葛俊琦给孙希才打了个电话，提示他注意N-二甲基亚硝胺这一物质。这时，林森浩刚好走进宿舍。葛俊琦不方便多说，用短信把物质名称给孙希才发过去。葛俊琦后来做警方的笔录时说起这段经历。他此时的怀疑目标，已经直接指向林森浩。
毒物注入宿舍饮水机
葛俊琦4月1日才回到宿舍住。他在给警方的证言中说，黄洋住院后，林森浩明显睡得晚了，在网上泡着打游戏的时间也长了。
看过黄洋的病历后，葛俊琦发现，黄洋有肝衰竭的症状，感觉像是中毒。不久后，他突然想到，林森浩曾做过和肝损伤有关的实验。
4月8日晚上10点多钟，葛俊琦在数据库中查询林森浩发表过的论文，发现林森浩曾使用N-二甲基亚硝胺，制造肝脏纤维化的病态大鼠。他随即把这个信息告诉了师兄孙希才。
转天，孙希才联系到检测中心，提出检测N-二甲基亚硝胺。工作人员希望他们提供同样的物质做比对。王欢在证言中说，当天打听到上海一家卖化学用品的公司有N-二甲基亚硝胺，匆忙赶去买了1克，付完钱就拿着物质去送检。检测结果证实，黄洋喝过的水样中存在N-二甲基亚硝胺。王欢随后将情况反映给学校的老师。
4月11日，复旦大学保卫处向上海市公安局文化保卫分局报案，根据葛俊琦的证言，警方很快锁定林森浩。在庭审中，公诉方指出，面对警方4月11日的两次询问，林森浩并没有供述自己投毒的行为。
根据庭审时检方提供的证据，警方通过林森浩电脑里的上网记录发现，4月1日黄洋发病当晚，林森浩就在以“二甲基亚硝胺”、“味道”为关键词进行搜索，并查看了该毒物致死的两个相关案例，案例中被害人都是服下2克左右毒物就死亡了。到4月7日，林森浩搜索二甲基亚硝胺的相关网页有48个。随着案情进展，搜索关键词也变成了该物质的“检测方法”、“法医鉴定”等等。
警方确定林森浩存在重大嫌疑。4月12日，警方立案侦查，再次传唤了林森浩。公诉方称，林森浩承认了自己的投毒行为，但称自己投放的是N-二甲基亚硝胺和福尔马林的混合液，大约30ml。在随后的询问中，林森浩又承认，自己投放的是N-二甲基亚硝胺原液，总量约50ml。林森浩在法庭上也承认，自己第一次并没有完全如实供述，主要在量上有所隐瞒。