בתוך כך, דיווח שהוגש בבוקר איתור הגופה למשטרה בדבר נעדרת כבת 25 שטרם שבה אל ביתה בראשל"צ מליל אמש, קידם את החקירה ותוך מספר שעות הביא לזיהוי המנוחה וגיבוש החשד כלפי תושב בת ים, שלפי הדיווח הינו בעל הכרות מוקדמת עם גרינברג ונפגש עמה סמוך למועד היעלמותה.
החשוד ברצח, שאותר בביתו בבת ים, כשעל גופו בגדים המוכתמים בדם וממצאים דומים ברכבו, הובהל לבית החולים לאחר שניסה לשים קץ לחייו טרם הגעת השוטרים לביתו, לאחר שבלע כדורים. בתום אבחון רפואי, הוא נמצא כשיר לחקירה והליך פלילי וסיפק בחקירותיו מספר גרסאות.
ככל שהתפתחה החקירה, הצליחו החוקרים לבנות ציר זמן שחיזק את החשדות בדבר תכנון מוקדם של הרצח, ובכלל זה חשיפת החנות שבה רכש יומיים לפני הרצח סכין ששימשה אותו לדקירתה. בנוסף, החוקרים הצליחו להתחקות אחר תנועותיו של החשוד עד הגעתם אל תחנת הדלק שבה רכש לפני הרצח מספר בקבוקי חומר דליק, כשאלה נמצאו בזירה, ועל פי החשד שפך באמצעותם על בגדיה את הבנזין, במקום בו אותרה גופתה.
התרעות פיקוד העורף