Vào ngày 11 tháng 6 năm 1981, Sagawa, khi đó 32 tuổi, mời người bạn cùng lớp ở Sorbonne, Renée Hartevelt, một phụ nữ Hà Lan, đến ăn tối tại căn hộ của mình ở số 10 Rue Erlanger, với lý do là dịch thơ cho một bài tập ở trường. Sagawa đã lên kế hoạch giết và ăn thịt cô, sau khi chọn cô vì sức khỏe và sắc đẹp - những đặc điểm mà anh cảm thấy mình còn thiếu. Sagawa tự nhận mình yếu đuối, xấu xí và nhỏ bé (cao 144,8 cm (4 ft 9 in)) và tuyên bố muốn hấp thụ năng lượng của cô. Cô ấy 25 tuổi và cao 178 cm (5 ft 10 in). Sau khi Hartevelt đến, cô bắt đầu đọc thơ trên bàn, quay lưng về phía Sagawa khi anh ta dùng súng trường bắn vào cổ cô. Sagawa nói rằng anh đã ngất xỉu sau cú sốc khi bắn cô, nhưng tỉnh dậy với nhận ra rằng anh phải thực hiện kế hoạch của mình. Sagawa đã quan hệ tình dục với xác chết của cô nhưng anh ta không thể cắn vào da của cô vì răng của anh ta không đủ sắc, vì vậy anh ta rời khỏi căn hộ và mua một con dao đồ tể. Sagawa tiêu thụ nhiều bộ phận khác nhau trên cơ thể Hartevelt, ăn gần hết ngực và mặt của cô, sống hoặc nấu chín, trong khi để dành các bộ phận khác trong tủ lạnh của anh ta. Sagawa cũng chụp ảnh cơ thể của Hartevelt ở mỗi giai đoạn ăn uống. Sau đó Sagawa cố gắng vứt xác Hartvelt xuống một hồ nước ở rừng Boulogne, mang các bộ phận cơ thể rời rạc của cô trong hai chiếc vali, nhưng đã bị bắt quả tang và bị cảnh sát Pháp bắt giữ 4 ngày sau đó.

Người cha giàu có của Sagawa đã thuê một luật sư để bào chữa cho anh, và sau hai năm bị giam giữ chờ xét xử, Sagawa bị thẩm phán người Pháp, Jean-Louis Bruguière, tuyên bố là điên rồ và không thích hợp để hầu tòa. Sau chuyến thăm của tác giả Inuhiko Yomota, bài viết về cuộc giết người của Sagawa đã được xuất bản ở Nhật Bản với tựa đề In the Fog. Sự công khai sau đó và sự nổi tiếng rùng rợn của Sagawa có thể đã góp phần khiến chính quyền Pháp quyết định trục xuất anh ta về Nhật Bản, nơi anh ta ngay lập tức được chuyển đến Bệnh viện Matsuzawa ở Tokyo. Các nhà tâm lý học kiểm tra sức khỏe của anh ta đều tuyên bố anh ta khỏe mạnh và nhận thấy sự đồi bại tình dục là động lực duy nhất để giết người. Vì các cáo buộc chống lại Sagawa ở Pháp đã được bãi bỏ, các tài liệu của tòa án Pháp đã được niêm phong và không được công bố cho chính quyền Nhật Bản; do đó Sagawa không thể bị giam giữ hợp pháp tại Nhật Bản. Sagawa tự xuất viện vào ngày 12 tháng 8 năm 1986, và sau đó vẫn tự do kể từ ngày đó. Sự tự do tiếp tục của Sagawa đã bị chỉ trích rộng rãi.