Проведённая экспертиза установила, что Гале было нанесено 7 ножевых ранений, а младшая убита одним ударом в сердце, перед этим они были изнасилованы. Но совершено преступление было в другом месте, затем тела привезены к комбинату и тут их выбросили.

Кроме того, в ходе судебно-медицинской экспертизы было установлено, что девочки уже длительное время вступали в половые отношения.

Этот факт поразил работников милиции и потребовал уделить особое внимание установлению образа жизни девочек и окружению в семье. Было установлено, что Ира проживала вместе с матерью и отчимом в коммунальной квартире, откуда переехали год назад в отдельную квартиру. В школе обе девочки зарекомендовали себя с положительной стороны, обращало на себя внимание, что они предпочитали общаться только между собой, сторонились подружек. В последнее время перед исчезновением Галя плохо себя чувствовала, жаловалась, что у неё болит низ живота, даже на уроке у неё бывали приступы. Тем не менее на это никто не обратил внимание, врачам её не показали, хотя это могло бы предотвратить трагедию. Иногда замечали, что девочки пользовались косметикой, что вообще не присуще девочкам такого возраста. На все эти странности, прежде всего должны были обратить внимание родители девочек, но почему-то всё это осталось без реакции.

В связи с этим следствие занялось прежде всего родителями Иры. Когда девочки пропали, родителей в городе не было, уехали на две недели, и девочка осталась на попечении бабушки. Мать её работала буфетчицей, её очень заботило отсутствие мужа, и она старалась восполнить это. Мужчины часто посещали её в коммунальной квартире и всё это на глазах соседей и дочки. В конце концов, она вышла замуж за сотрудника медвытрезвителя, они получили отдельную квартиру и переехали. Но среди бывших соседей следствие привлёк внимание некий Владимир, трижды судимый, в том числе за изнасилование, отсидел 15 лет, но вскоре опять попался за развратные действия в отношении малолетней и был осуждён. Срок отбыл, женился и проживал вместе с женой. Будучи допрошенным, Владимир показал, что не имеет никакого отношения к похищению девочек, якобы в это время занимался ремонтом дома. Но жена не подтвердила его показания, а утверждала, что Владимир отсутствовал в это время и вскоре прибежал с улицы, закрыл дверь и велел ей отвечать всем, кто будет о нем спрашивать, что его дома нет, а сам стал стирать рубашку. Следствие изъяло эту рубашку и провела экспертизу: оказалась на ней кровь одной из девочек, Иры. Владимир был арестован, но отрицал своё участие в убийстве девочки, несмотря на доказательство. Он был арестован.

Одновременно с оперативной разработкой Владимира, искали мужчину со шрамом на щеке. Проверяли поликлиники, опрашивали жителей города и наконец, в поле зрения следствия попал некий Пётр, ранее дважды судимый за кражу и подделку документов. Действительно на лице у него был заметный шрам. Провели опознание, и свидетели подтвердили, что это именно Пётр увёл девочек. Он был арестован, но показания давать отказывался.

Связь Владимира и Петра между собой была установлена и у следствия сложилось мнение, что они имеют дело с клубом педофилов, поэтому работа по поиску всех их связей продолжалась.

В это время поступило заявление от одной женщины, что во время сбора грибов в лесу на неё напал неизвестный и пытался изнасиловать. Личность мужчины была установлена, им оказался ранее судимый за изнасилование и убийство девочки, некий Сергей. Личность весьма внешне неприятная: маленького роста, горбатый. По заявлению женщины Сергей был задержан и помещён в камеру предварительного заключения. На допросе Сергей категорически отрицал свое участие в похищении девочек. Но кропотливая работа следствия с Сергеем смогла заставить его разговорится, и он признал, что знает о том, кто их убил и где это произошло. Но это было только способом отвезти от себя подозрение. Тем не менее для следствия стало ясно, что Сергей имеет отношение к похищению и убийству девочек. В конце концов, постоянная работа с обвиняемым Сергеем дала положительные результаты, он полностью раскололся и рассказал о совершенном преступлении.