با حضور مأموران در محل و انجام بررسی اولیه مشخص شد سرهای پیداشده متعلق به زن و مردی حدود ۳۰ تا ۴۰ ساله است که آثار شلیک گلوله به سر هر دو نفر آنها مشهود است. قاتل یا قاتلان برای شناسایی‌نشدن هویت این زن و مرد جوان به سوزاندن آنها اقدام کرده بودند. بلافاصله موضوع به پلیس آگاهی تهران بزرگ و دادسرای امور جنایی تهران اعلام شد. 

با آغاز اقدامات پلیسی، کارآگاهان اداره دهم با بررسی تصاویر دوربین‌های مداربسته محدوده محل کشف سرهای بریده، موفق به شناسایی یک دستگاه خودروی شاسی‌بلند لندرور شدند که ساعاتی قبل از کشف سرها در نزدیکی محل توقف داشت و دقایقی پس از پیاده‌شدن راننده از خودرو، آتش در محل کشف آنها شعله‌ور شد. بررسی‌ها نشان داد در تهران تعداد کمی از این خودرو وجود دارد. به همین دلیل تحقیقات روی خودروی قاتل متمرکز شد. 

همچنین در شرایطی که هیچ‌گونه طرح شکایتی در مورد ناپدیدشدن زن و مردی با مشخصات مقتولان ثبت نشده بود، کارآگاهان در ادامه تحقیقات خود موفق به کشف قسمت‌های دیگری از بقایای جسد زنی در کهریزک شدند که در بررسی‌های تکمیلی اطمینان پیدا کردند اعضای بدن کشف‌شده متعلق به یکی از مقتولان پرونده است. از سوی دیگر طرح‌نشدن شکایت فقدانی، احتمال وقوع قتل خانوادگی را مطرح کرد. 

کارآگاهان با انجام اقدامات شبانه‌روزی موفق به شناسایی مردی ۷۵ ساله در منطقه امیرآباد شدند که بر اساس اظهارات همسایه‌ها با همسر، پسر و عروسش زندگی می‌کرد، اما از چند روز پیش و به صورت ناگهانی پسر و عروسش به نام‌های بهرام ۳۸ ساله و نسرین ۳۵ ساله دیگر در محل زندگی‌شان مشاهده نشدند. 

با توجه به شواهد به‌دست‌آمده درخصوص احتمال اطلاع این پیرمرد از جنایت و با هماهنگی بازپرس پرونده، کارآگاهان به محل سکونت او رفتند و در اولین مرحله موفق به شناسایی یک دستگاه خودروی سواری شاسی‌بلند مشابه خودرویی که در تصاویر دوربین‌های مداربسته دیده شده بود، شدند. 

با توجه به قوی‌شدن احتمالات درخصوص ارتکاب جنایت توسط پدر بهرام، بازرسی از محل سکونت این شخص در دستور کار کارآگاهان قرار گرفت و آثار وقوع جنایت در محل کشف شد و پیرمرد ناچار لب به اعتراف گشود. 

متهم به قتل که مدعی است از مأموران سابق ساواک است، در بازجویی‌ها گفت: من و همسرم بچه‌دار نمی‌شدیم. بهرام، خواهرزاده همسرم بود که او را به خانه‌مان آورده و بزرگ کردیم. بهرام مدتی قبل معتاد شد. او شیشه و کراک می‌کشید و تلاش من و همسرم برای ترک او بی‌نتیجه ماند. او قالی، طلا، نقره، وسایل زینتی و هرچیزی را که در خانه قابل فروش بود، می‌برد و می‌فروخت تا با آن مواد بخرد. از چند روز پیش از جنایت تنش و درگیری بین ما بیشتر شد، طوری که بهرام حتی همسرم را کتک زد. به همین دلیل همسرم را به خانه خواهرش فرستادم و با بهرام و همسرش در خانه تنها شدیم. همان روز بهرام دوباره شروع به فحاشی و شکستن در کرد. از رفتارش خسته شده بودم. سلاح شکاری را که در خانه داشتم، برداشتم. او داخل آشپزخانه رفت. می‌خواست به اتاقش برگردد که من در را باز و سریع تیراندازی کردم. روی زمین افتاد. رفتم جلو و تیر دوم را به سرش شلیک کردم. زن بهرام با شنیدن صدای تیراندازی به سالن آمد که گلوله‌ای به سینه‌اش شلیک کردم. او داخل اتاق رفت و روی تخت افتاد. داخل اتاق رفتم و تیر دوم را به سرش زدم و کارش تمام شد. متهم ادامه داد: بعد از قتل، جسدها را به حمام بردم و به دنبال راهی برای خارج‌کردن آنها از خانه بودم. به فکرم رسید با اره‌برقی‌ای که در خانه داشتم، اجساد را تکه‌تکه کنم. تکه‌تکه‌کردن جسدها و انتقالشان به خارج از خانه، دو روز طول کشید. هر روز بخشی از جسدها را با اره می‌بریدم و از خانه خارج می‌کردم. بقایای جسد را در نقاط مختلف تهران داخل سطل‌های زباله رها می‌کردم. سرها را هم برای اینکه شناسایی نشوند در محوطه خاکی در خیابان شیخ‌بهایی سوزاندم. 

بعد از اعترافات این مرد و بازسازی صحنه جرم، آخرین دفاعیات او در مرحله دادسرا اخذ شد. متهم گفت: مقتولان زندگی من را سیاه کرده‌ بودند، دیگر تحمل کارهایشان را نداشتم و اصلا از کارم پشیمان نیستم. عروسم بیشتر از پسرم مقصر بود. او بود که پسرم را معتاد کرد و پابه‌پایش مواد می‌کشید. آنها من را خسته کرده ‌بودند. چهارتا لیسانس دارم و زندگی خیلی خوبی داشتم، اما پسرم زندگی من و همسرم را ویران کرده ‌بود. 

با صدور کیفرخواست، پرونده برای رسیدگی به شعبه ۱۰ دادگاه کیفری استان تهران ارسال شد و متهم به‌زودی محاکمه می‌شود.