Для расследования этого преступления была незамедлительно создана следственно-оперативная группа, в состав которой вошли наиболее опытные следователи и следователи-криминалисты регионального СК России. В ходе осмотра места происшествия применена новейшая криминалистическая техника, при помощи которой обнаружены следы биологического происхождения. В результате проведенной молекулярно-генетической экспертизы был выделен генотип преступника, совпавший с генотипом лица, совершившего насильственные действия сексуального характера в отношении еще двух несовершеннолетних девочек в 2008 и 2014 годах. Со слов потерпевших был составлен словесный портрет преступника.

Следователями-криминалистами с применением обнаружителя скрытых видеокамер была осмотрена территория, прилегающая к месту происшествия. В ходе ее осмотра установлены все камеры наружного наблюдения и с них изъяты видеозаписи. При просмотре видеозаписей сотрудниками отдела криминалистики установлен мужчина, направляющийся в район места совершения преступления в интересующее время и подходящий по описанию потерпевших. Полученное изображение предполагаемого преступника было направлено во все территориальные отделы полиции. К розыску преступника подключились волонтерские организации, неравнодушные граждане и средства массовой информации. В результате организованных широкомасштабных мероприятий 15 октября 2016 года поступила информация, что к совершению преступления может быть причастен 54-летний уроженец и житель города Чусовой. В тот же день подозреваемый был задержан.

Проведенная молекулярно-генетическая экспертиза показала, что генотип задержанного совпал с генотипом преступника, совершившего преступления в отношении малолетних девочек. Во время обыска, проведенного в доме мужчины, обнаружена видеокамера, на которую подозреваемый снимал свои преступные действия, а также незаконно хранящийся газовый пистолет и штык-нож.

В настоящее время мужчине предъявлено обвинение в совершении преступления совершенного 11 октября 2016 года, в отношении него избрана мера пресечения в виде заключения под стражу. В ближайшее время ему планируется предъявить обвинения в совершении преступлений в 2008 и 2014 годах.