در بررسی‌های اولیه، آثار کبودی و سوختگی روی بدن کودک مشاهده می‌شد. علت اولیه مرگ نیز ضربه مغزی اعلام شد.

در تحقیقات اولیه مادر دخترک مدعی شد با همسرش اختلاف داشته و جدا از هم زندگی می‌کردند اما شوهرش گاهی دخترشان را پیش خودش می‌برده و آخرین بار هم کودک پیش پدر بوده که این حادثه برایش رخ داده است.
در حالی که زن جوان همسرش را عامل مرگ دخترش می‌دانست به دستور بازپرس جنایی، پدر دختر بازداشت شد، اما او با انکار این جنایت گفت: اصلاً در این مدت کودک نزد من نبوده و مرد غریبه‌ای به نام بهنام که با همسرم آشنا شده عامل قتل است.
اظهارت متفاوت زن جوان و همسر سابقش باعث شد تا بازپرس جنایی دستور تحقیق از مرد غریبه را صادر کند، اما مشخص شد وی متواری شده است.با ردیابی‌های پلیسی سرانجام وی دستگیر شد. در ادامه مادر کودک نیز لب به اعتراف گشود و گفت: قرار بود بعد از طلاق با بهنام ازدواج کنم، دنبال کار بودم اما مشکل این بود که نمی‌توانستم دخترم را در خانه تنها بگذارم. چند بار از همسرم خواستم بچه را نزد خود ببرد اما او مخالفت کرد. از طرفی بچه مدام بهانه‌گیری و با کارهایش من و بهنام را اذیت می‌کرد. رفتارهای او باعث شد تا او را چند بار کتک بزنیم. روز حادثه هم خیلی اذیت کرد و من و بهنام او را کتک زدیم اما ناگهان سرش با زمین برخورد کرد و بی‌هوش شد. قصد ما کشتن دخترم نبود.
با اعتراف زن جوان، بهنام نیز اظهارات او را تأیید کرد. از آنجا که هر دو نفر کودک را کتک زده بودند، دستور بازداشت آنها صادر شد و به دستور بازپرس شعبه دوم دادسرای امور جنایی پایتخت، تحقیقات برای مشخص شدن عامل اصلی جنایت ادامه دارد.