Ludwika Csalę, a następnie wachmistrza żandarmerii nazwiskiem Trela, który dokonał pierwszych oględzin (dom Zarembów sąsiadował z posterunkiem żandarmerii, podczas gdy najbliższa placówka policji znajdowała się dwa kilometry dalej – stąd też na miejscu zbrodni zjawił się żandarm, a nie bardziej kompetentny w takich sprawach policjant).
Poszlaki wskazywały najsilniej na Gorgonową, która została szybko aresztowana. Sześć tygodni w areszcie spędził też Henryk Zaremba, podejrzewany początkowo o współudział i pomoc w ukrywaniu. Podejrzewano też, że mógł to zrobić ogrodnik Zarembów, albo chłopak, który podkochiwał się bez wzajemności w Lusi.
thumb|upright|Grób Lusi na cmentarzu Łyczakowskim we Lwowie Gorgonowa konsekwentnie nie przyznawała się do zabójstwa. W toku postępowania na podstawie poszlak przyjęto najbardziej prawdopodobną wersję wydarzeń. Ustalono, że zbrodni dokonał ktoś z domowników, gdyż nie odnaleziono śladów na śniegu po obu stronach ogrodzenia, ani na parapecie okna, a otwarta część okna była za mała, jak też brak było śladów włamania na drzwiach. Nadto, pies Lux – „mieszaniec wilczura z dobermanem”, nie szczekał. Według wersji przyjętej w śledztwie, Gorgonowa przeszła w nocy ze swojego pokoju przez hall do pokoju Lusi i zabiła ją uderzeniami dżagana.