به دنبال این شکایت، با دستور بازپرس سهرابی از شعبه نهم دادسرای جنایی تهران، تحقیقات پلیسی برای یافتن دختر ١٤ ساله آغازشد. کارآگاهان در نخستین گام، به بررسی بیمارستانها، مراکز درمانی و کلانتریها و پزشکی قانونی پرداختند اما هیچ رد و نشانی از دختر نوجوان بهدست نیامد. این در حالی بود که دوستان و آشنایان المیرا نیز از او اطلاعی نداشتند.
با توجه به اینکه موضوع آدمربایی هم درمیان نبود، مادر دختر ١٤ ساله تحت تحقیق قرار گرفت تا اینکه از اختلافهای شدید با دخترش سخن به میان آورد که به این ترتیب احتمال فرار دختر نوجوان قوت گرفت.
تحقیقات پلیسی در اینباره ادامه داشت تا اینکه روز بعد، زن جوان همراه دخترش المیرا به دادسرا مراجعه کرد و به بازپرس جنایی گفت: شب گذشته دخترم مضطرب و نگران به خانه آمد و از اتفاق تلخی حرف زد.
المیرا هم در تشریح ماجرا گفت: «همیشه با مادرم مشکل داشتم. او بارها به من هشدار داده بود که با افراد مطمئن ارتباط برقرار کنم اما من به حرفهایش توجه نمیکردم. تا اینکه مدتی قبل در یک گروه تلگرامی عضو شدم و پسری به نام ساسان به من ابراز علاقه کرد. اختلافهای کوچک با مادرم و ابراز علاقه شدید ساسان باعث شد خیلی زود از خانوادهام فاصله بگیرم و زمانی که ساسان از مشکلات من باخبر شد گفت میخواهد با من ازدواج کند و مرا تشویق به فرار کرد. من هم به بهانه خرید از خانه خارج شدم و به همراه ساسان راهی مخفیگاهش که شبیه مسافرخانهای کوچک بود، شدم. آنجا به غیر از ساسان چند نفر از اعضای گروه تلگرامی نیز حضور داشتند. ساعتی بعد به من آبمیوه تعارف کردند که بعد از خوردن آن بیهوش شدم. وقتی به هوش آمدم متوجه شدم که دوستان تلگرامیام به من تجاوز کردهاند.»
به دنبال این اظهارات، بازپرس جنایی دستور شناسایی و دستگیری عاملان جنایت سیاه را صادر کرد.