3月31日下午，林森浩和同住20號宿舍樓的盛磊約好在中山醫院食堂吃飯。盛磊在證言中說，吃完飯，林森浩說要去取東西，兩人約在超聲科附近的過道碰頭，林森浩拎了個黃色醫療用廢棄袋。根據復旦大學提供的監控錄像，下午5點41分，盛磊和林森浩從楓林校區東苑走到西苑，并在5點47分到達20號宿舍樓，各自進了房間。10分鐘后，林森浩拿著黃色袋子走出宿舍大門，來到對面的第二教學樓，把東西丟在電話亭旁邊的垃圾桶，在5點29分回到宿舍樓內。
在宿舍樓里的10分鐘內，林森浩完成了N-二甲基亞硝胺的投放。在法庭上，林森浩說，宿舍里的飲水機當時只剩高度兩三厘米的水。他想先把水桶拎起來，感覺不方便，便用左手把水桶推到一邊，然后用右手把瓶裝的原液順著水桶和飲水機間的水槽倒下去，又把一支注射器內的原液也擠了進去。有幾滴原液濺在水槽外，黃色的液體十分顯眼，他便拎起一瓶礦泉水，把殘存在外面的原液沖到水槽內。隨后，他把垃圾分頭丟棄。
當晚，他就上網搜索了“二甲基亞硝胺”的相關信息。“黃色液體氣味很重，黃洋也許會發現。”在法庭上林森浩說，但他隨后又想“隨它去吧”。
黃洋當晚9點40分回到宿舍。第二天就是4月1日，黃洋8點多起床，習慣性地接了一杯水喝。林森浩在法庭上稱，自己躺在床上，聽到黃洋喝完一口后，像被嗆到似的吐了出來，然后就是一陣干嘔。林森浩躺在床上裝睡，不敢動。恰好有同學打電話來，林森浩趁接電話的機會離開宿舍，等他回來，黃洋已經收拾書本去自習了，到中午因身體不適進了醫院。
投毒只是愚人節玩笑？
黃洋中毒事件，在社會上引發了種種猜測，一時導致“人人都是福爾摩斯”。各方人士推測出來的作案動機有“情殺說”、“競爭說”等等。上海警方在首次披露案情時稱，經警方初步查明，林森浩因生活瑣事與黃洋關系不和，心存不滿。
但在法庭上，林森浩否認了“生活瑣事導致不和的說法”。他說，自己和黃洋并沒有直接的矛盾和沖突。而作案動機“是個巧合”。他說，3月30日晚上，一幫同學在聚會，黃洋說起愚人節要到了，他要整人，邊說邊拍著同學付令元的肩膀。林森浩想，那就我先來整整你吧。
林森浩想到了自己熟悉的N-二甲基亞硝胺。證據材料顯示，2011年，林森浩參與了博士生呂巍巍的實驗。呂巍巍為了制造一批肝纖維化的大鼠用于超聲檢測實驗，從天津一家化學試劑廠郵購了N-二甲基亞硝胺原液。實驗中，他們和其他研究生給大鼠以每千克體重50毫克原液的比例進行注射。初次嘗試，因為稀釋比例掌握不好，導致一只大鼠死亡。隨后的實驗中，70只大鼠，有10只因為肝衰竭死亡。
林森浩根據相關實驗，撰寫了多篇學術論文。他在3月18日定稿的畢業論文，也與這一系列實驗內容相關。
林森浩在法庭上稱，實驗剩下的N-二甲基亞硝胺還留在中山大學11號樓影像醫學院204室，但自己沒有鑰匙。3月31日，他找到博士生呂鵬，借口自己到204室查看東西，讓呂鵬帶著自己到204室，發現實驗留下的原液，還在屋里左手邊的柜子中。其中有一個原液瓶，旁邊還有一支注射器，里面存留著實驗剩下的原液。據公安機關調查，原液瓶是100ml的容量，其中原液存有50ml。該結果由林森浩簽字確認。
因為呂鵬在，林森浩沒有馬上下手取原液。過了一會兒，呂鵬到核磁共振檢查室工作，林森浩又借口要去取東西，拿了個黃色的醫療用廢棄袋，找呂鵬要了鑰匙，自己去204室取了裝有原液的瓶子，并帶到自己實習的中山醫院超聲科，放在角落里。
林森浩在法庭上稱，曾想過投放原液的地點，考慮到黃洋的水杯是白色的，黃色的原液投放太明顯，最終選擇了向飲水機下手。