جسد مقتول با دستور قضایی به پزشکی قانونی انتقال یافت و تحقیقات برای شناسایی عامل یا عاملان قتل در دستور کار مأموران جنایی قرار گرفت. در جریان تحقیقات مشخص شد مقتول زنی به نام نسرین بوده که چند سال قبل از همسرش جدا شده و با پسر کوچکش زندگی می‌کرده است.

با شناسایی هویت مقتول، کارآگاهان به سراغ خانواده وی رفتند. مادر مقتول به مأموران گفت: پس از جدایی دخترم از همسرش، او با نوه‌ام در خانه‌ای زندگی می‌کردند تا اینکه یک روز پس از خروج‌شان از خانه دیگر خبری از آنها نداشتم و تلفن همراهش هم خاموش بود تا اینکه پلیس من را در جریان قتل دخترم قرار داد و از سرنوشت نوه‌ام هم بی‌خبرم.
بررسی ریز مکالمات تلفنی قربانی اولین سرنخ این ماجرا را به مأموران داد و آنها متوجه شدند نسرین از مدت‌ها قبل با مرد جوانی به نام مازیار در ارتباط بوده است.
بررسی‌ها نشان می‌داد مازیار مردی متأهل است که با همسر و فرزندش زندگی می‌کند. به این ترتیب او بازداشت شد و مورد بازجویی قرار گرفت و در همان بازجویی اولیه به ازدواج پنهانی با نسرین اعتراف کرد.
متهم در ادامه گفت: چند ماه قبل با نسرین آشنا و به او علاقه‌مند شدم به همین خاطر او را صیغه کردم. رابطه ما خیلی خوب بود تا اینکه همسرم متوجه این ارتباط شد و می‌خواست خودکشی کند، اما نجات پیدا کرد و بعد از آن درخواست طلاق داد.
من هم به خاطر اینکه زندگی‌ام را دوست داشتم، تصمیم گرفتم کاری کنم همسرم مطمئن شود من دیگر با نسرین رابطه‌ای ندارم به همین خاطر به این فکر افتادم با صحنه‌سازی، فیلمی را به همسرم نشان دهم که او فکر کند من آنقدر دوستش دارم که به خاطر او نسرین را به قتل رسانده‌ام. پس از آن نسرین را در جریان قرار دادم و او هم پذیرفت تا در اجرا کردن نقشه با من همکاری کند.
وی افزود: برای اجرای نقشه و تهیه فیلم به کارگاه دوستم رفتیم و من تلفن همراهم را در حالت ضبط تصویر گذاشتم و دست و پاهای نسرین را بستم و او را به سمت طناب دار بردم و آن را دور گردنش انداختم. قرار بود او لحظه‌ای نشان دهد که در حال خفه شدن است بعد هم خودش را به مردن بزند اما به یکباره سطل زیر پایش افتاد و او واقعاً خفه شد و من هرکاری کردم که بتوانم او را نجات بدهم، نشد.
پس از آن جسد نسرین را داخل ماشینم گذاشتم و در حوالی شهرک اندیشه بیرون انداختم. بعد هم از دوستم که صاحب کارگاه بود خواستم پسر نسرین را به حوالی ترمینال جنوب ببرد و به‌عنوان بچه گمشده به مأموران کلانتری تحویل دهد.
متهم پس از اعتراف، به بازسازی صحنه جرم پرداخت و برای او قرار بازداشت صادر شد البته دو سال پس از آن با قرار وثیقه آزاد شد.با اعترافات متهم و پیگیری مأموران مشخص شد پسر مقتول به بهزیستی سپرده شده است که با هماهنگی‌های لازم، پسربچه به پدرش تحویل داده شد.

در دادگاه
با پایان تحقیقات، متهم در شعبه دوم دادگاه کیفری یک استان تهران محاکمه شد. در ابتدای جلسه همسر سابق مقتول به‌عنوان قیم پسرش درخواست قصاص کرد.وی در ادامه گفت: این مرد پس از قتل همسر سابقم پسرم را در خیابان رها کرد که من شش ماه به دنبالش بودم تا اینکه او را در بهزیستی پیدا کردم. فقط نمی‌دانم چرا این فرد باید با وثیقه آزاد باشد.
بعد از آن متهم به جایگاه رفت و در دفاع از خودش گفت: من نسرین را به قتل نرساندم و نصاب در و پنجره هستم و زندگی خوبی با همسرم داشتم، اما از وقتی همسرم متوجه رابطه پنهانی من و نسرین شد، زندگی‌ام خراب شد. من قصد داشتم با تهیه یک فیلم ساختگی نسرین را از زندگی‌ام حذف کنم.
آن روز مشغول ضبط فیلم بودم که همسرم تماس گرفت و وقتی جواب تماس او را دادم و به داخل کارگاه برگشتم، دیدم سطل از زیر پای نسرین در رفته و خفه شده است. شاید نسرین در یک لحظه تصمیم به خودکشی گرفته یا سطل سهواً افتاده اما من نقشی در قتل او نداشتم.
قاضی دوباره سؤال کرد: اما در بازجویی‌ها به صراحت قتل را پذیرفتی. چرا بعد از قتل سیمکارتت را عوض کردی؟
متهم جواب داد: آنجا تحت فشار روحی و روانی اعتراف کردم، اما حالا واقعیت را می‌گویم. من نسرین را به اندازه همسر خودم دوست داشتم. سیمکارتم هم گم شد و مجبور شدم سیمکارت جدیدی بگیرم.
در ادامه قاضی به متهم گفت: اگر قصدتان صحنه‌سازی بوده، چرا آثار ضرب و جرح روی بدن نسرین دیده شده به طوری که پزشکی قانونی آن را تأیید کرده و مشخص است شما پیش از قتل با هم درگیر شده بودید.
متهم گفت: من با او درگیر نشدم و ممکن است آثار جراحت مربوط به زمانی باشد که او را به داخل ماشینم منتقل می‌کردم.
با پایان دفاعیات متهم، قضات دستور بازداشت وی را صادر کردند و برای صدور حکم وارد شور شدند