Trong khoảng thời gian từ tháng 8 năm 1988 đến tháng 6 năm 1989, Miyazaki đã sát hại bốn bé gái mầm non trong độ tuổi từ bốn đến bảy, giao cấu với xác chết của các bé và chặt thi thể thành nhiều mảnh. Anh còn lấy máu từ thi thể nạn nhân để uống và nấu phần cánh tay một bé gái để ăn. Những tội ác do Miyazaki gây ra được mệnh danh là "Sát nhân Nữ nhi đồng" (東京·埼玉連続幼女誘拐殺人事件, Tōkyō Saitama Renzoku yōjo Yukai satsujin jiken).[6]

Vào ban ngày, Miyazaki tỏ thái độ ôn hòa và ít nói với các đồng nghiệp. Sau giờ làm, anh bắt đầu đi săn bé gái và chọn ngẫu nhiên một con mồi để giết. Sau khi thực hiện tội ác và ăn vài phần thi thể nạn nhân, kẻ sát nhân thường viết thư gởi cho gia đình bé gái, nội dung thư thường gợi tả khoái lạc giết chóc khi anh thực hiện hành vi của mình. Cảnh sát nhận thấy rằng gia đình các nạn nhân đều có một điểm chung rằng họ đều hay nhận được những cuộc gọi trêu chọc vào máy bàn. Khi thấy đầu dây bên kia nhấc máy, để trêu chọc gia đình nạn nhân, anh thường im lặng không nói gì, thay vào đó chỉ thở mạnh vào ống nghe. Nếu bên kia đầu dây không chịu nhấc máy sau cuộc gọi câm đầu tiên, anh ta sẽ gọi liên tục, đôi khi điện thoại của họ đổ chuông lên tới 20 phút.

Vào ngày 22 tháng 8 năm 1988, một ngày sau sinh nhật lần thứ 26 của Miyazaki, bé gái bốn tuổi mang tên Konno Mari đã biến mất khi chơi ở nhà một người bạn. Tìm kiếm con gái cả ngày không thành, cha của Mari đã liên lạc với cảnh sát. Thực chất, Miyazaki đã dẫn Konno vào chiếc xe hơi Nissan Langley màu đen của mình và bắt cóc bé. Anh lái xe về phía tây Tokyo và đỗ xe dưới một cây cầu trong khu vực rừng cây. Ở đó Tsutomu ngồi cạnh bé gái trong nửa giờ trước khi giết Mari. Đợi cho Mari tắt thở hẳn, anh ta bắt đầu làm tình với xác chết cô bé và bỏ thi thể lại trên những ngọn đồi gần nhà rồi lấy bộ váy Mari mặc trên người mang về. Sau đó vài ngày anh quay lại đó và chặt tứ chi từ thi thể ra, mang về bảo quản trong tủ lạnh, những phần tay chân này đã bị cảnh sát tìm thấy sau khi Miyazaki bị áp giải. Để xử lý phần xương, kẻ sát nhân đốt trụi trong lò lửa, nghiền thành bột, đặt vào một chiếc hộp cùng với vài chiếc răng non, ảnh chụp quần áo và một tấm bưu thiếp có nội dung: "Mari. Hỏa táng. Xương cốt. Điều tra. Chứng minh." [7]

Vào ngày 3 tháng 10 năm 1988, Miyazaki đang lái xe dọc theo một con đường nông thôn thì phát hiện ra bé Yoshizawa Masami, bảy tuổi. Anh mời cô bé lên xe đi quá giang và cô chấp nhận. Sau đó anh ta lái xe đến cùng hiện trường Konno Mari và giết Masami tại đó, quan hệ với xác chết cô bé, và lấy hết quần áo nạn nhân trước khi rời đi.[8]

Vào ngày 12 tháng 12 năm 1988, bé Nanba Erika bốn tuổi, trong lúc trở về từ nhà một người bạn thì Miyazaki đã bắt cóc bé, ép Erika vào trong xe. Anh lái xe đến một bãi đậu ở Naguri, Saitama, buộc Erika phải cởi bỏ quần áo ở ghế sau và bắt đầu chụp ảnh khỏa thân cho em. Sau khi giết bé gái, anh trói tay và chân nạn nhân ra sau lưng, phủ lên một tấm ga trải giường và đặt cơ thể vào cốp xe. Quần áo nạn nhân bị vứt lại trong khu vực rừng cây còn xác chết bị để lại bên bãi đậu xe liền kề. Miyazaki đã gửi một tấm bưu thiếp cho gia đình Nanba, trên bưu thiếp dán những mẩu từ được cắt ra từ tạp chí: "Erika. Lạnh. Ho. Cổ họng. Nghỉ ngơi. Cái chết."

Vào ngày 6 tháng 6 năm 1989, Miyazaki thuyết phục cô bé Nomoto Ayako năm tuổi cho phép anh ta chụp ảnh bé. Sau đó anh dẫn Ayako vào xe của mình và thực hiện tội ác sát nhân. Khi nạn nhân đã chết, Tsutomu phủ một tấm ga trải giường lên thi thể và đặt nó vào cốp xe rồi đưa thi thể về căn hộ. Kẻ thủ ác dành hai ngày tiếp theo để làm tình với cái xác của Ayako, chụp ảnh nó từ nhiều góc máy khác nhau và quay phim khiêu dâm với xác chết.[8]

Khi cơ thể bắt đầu phân hủy, Miyazaki chặt từng bộ phận ra rồi bỏ xác trong một nghĩa trang còn đầu thi thể bị vứt trên những ngọn đồi gần đó. Chỉ riêng hai bàn tay là được kẻ thủ ác giữ lại để uống máu và nấu thành thức ăn. Lo sợ cảnh sát sẽ tìm thấy xác chết, anh ta quay trở lại nghĩa trang và những ngọn đồi hai tuần sau đó và mang hài cốt trở về căn hộ rồi giấu chúng trong tủ quần áo.