N. T. isimli kadının başvurusu üzerine başlatılan soruşturmayı yürüten polis ekipleri, Diyarbakır'da kız kaçırmayla başlayıp İstanbul'da cinayetle sonlanan olayla ilgili 5 kişiyi gözaltına aldı. Cinayeti işlemesi için tutulan kişinin bu işi gerçekleştiremeyince olayı iki arkadaşına havale ettiği ortaya çıkarken, şüphelilerin yakalanma anları güvenlik kameralarına yansıdı.Çatalca Kestaneli köyü yakınlarında bir arsadaki kuyuda bulunan cesedin arkasından kadına yönelik şiddet ve yasak aşk çıktı. Alınan bilgiye göre, Diyarbakır'da teyzesinin oğlu Ş. T. ile evlendirilen N. T., bir süre sonra şiddet gördüğü gerekçesiyle babası H. K.'in evine geri döndü. Ancak babası N.T.'yi, “Ailede böyle şeyler olur” diyerek geri gönderdi. Bu sıkıntılı süreçte İ.S ile yakınlaşan N.T., birlikte İstanbul'a kaçtı.Çiftin peşine düşen aile, İ.S ve N.T.'nin Bahçelievler'de kaldığı adresi belirledi. Aile, çifti öldürmesi için M.Ö. ile 100 bin lira karşılığında anlaştı. İnfazı gerçekleştiremeyen M.Ö., çifte cinayet için kiralandığını ancak bunu yapamayacağı itirafında bulundu. Kaçması için de çifte 3 bin lira para verdi. M. Ö., kendisini cinayet için kiralayan aileye de “O iş halledildi” bilgisini verdi. Ancak M.Ö.'nün yalanı kısa süre içerisinde ortaya çıktı. Bahçelievler'den Bağcılar'a taşınan İ.S'yi gören yakınları, İ.S'nin yaşadığı bilgisini N.T.'nin ailesine bildirdi. Aile bu sefer M.Ö.'yü tehdit ederek, “Yarım bıraktığın işi temizle, yoksa yakınlarına zarar veririz” diye tehdit etti.M.Ö. de konuyu açtığı E.T. ve Ö.Ö'yü cinayet için ikna etti. Daha önceki girişiminde güvenini kazandığı İ.S'yle irtibata geçip konuşmak için arabasına alan M. Ö., kendisini ön koltuğa oturttuktan bir süre sonra, arkadaşları E. T. ve Ö. Ö.'yü de arka koltuğa bindirdi. Araçla Çatalca istikametine varıldığında Ö. Ö., boynuna geçirdiği telle İ.S'yi boğmaya çalışırken, E. T. de 15 yerinden bıçaklayarak öldürdü. Cesedi Kestaneli köyü yakınlarında bir arazideki su kuyusuna atan şüpheliler, üzerlerine bulaşan kanlı kıyafetleri de Güngören'deki iş yerlerinde değiştirdi.

M.Ö., Diyarbakırlı aileye cinayetin işlendiği bilgisini verip, paranın geri kalan kısmını teslim aldı. Cinayeti birlikte işlediği arkadaşlarıyla birlikte Antalya'ya tatile gitti. Ancak cinayet, N.T.'nin kayıp müracaatıyla ortaya çıktı. Daha önce yaşadıkları baskını anlatan N. T.'nin ifadeleri İ.S'nin cinayete kurban gittiği ihtimalini kuvvetlendirdi.

Polis soruşturmasında tarafları teknik takibe alan polis, “Deşifre olduk. Suriye'ye kaçalım” görüşmesi üzerine operasyon düğmesine bastı. Antalya ve Diyarbakır'da gerçekleştirilen eşzamanlı operasyonlarda N.T.'nin babasının da aralarında bulunduğu 5 kişi gözaltına alındı.

Soruşturmada şüphelilerin Güngören'deki tekstil firmasına gittiği bilgisini edinen polis, bölgede gerçekleşen bir hırsızlığı bahene ederek iş yerinin güvenlik kamera kayıtlarına ulaştı. Olay günü arabayla iş yerine gelen şüphelilerin kanlı kıyafetlerle içeri girdikleri ve üstlerini temizledikten sonra başka kıyafetlerle dışarı çıktıkları görüldü.

Şüphelilerin sorgusunda İ.S'nin öldürülüp kuyuya atıldığını ortaya çıkaran polis, belirtilen adreste kuyu içerisindeki cesede ulaştı. Büyükçekmece Gölü'ne atıldığı söylenen suç aleti ise bulunamadı.

Şüphelilerin olay günü giydikleri değerlendirilen ayakkabılar, İ.S'nin kanının bulaşma ihtimaline karşılık incelenmek üzere laboratuvara gönderildi. Emniyetteki işlemlerinin ardından şüpheliler terlikle adliyeye sevk edildi.