החקירה החלה בעקבות היעלמותה של רג'בי. במסגרת פעילות חקירתית ומבצעית של מחוז ירושלים עצרו אמש שוטרי תחנות שלם ועוז את החשוד, בחשד למעורבות בהיעלמותה וברציחתה. לאחר מעצרו ביצעו החוקרים פעולות חקירה שהובילו אותם לזירה במזרח ירושלים.
על פי המשטרה, החשוד שחזר במקום את מעשיו ובזירה נמצאה גופת אישה. הגופה הועברה למכון לרפואה משפטית לצורך זיהוי ובירור נסיבות המוות, הליך שטרם הסתיים. במסגרת מאמצי החקירה איתרו החוקרים גם את הכלי שלפי החשד שימש לביצוע הרצח. במשטרה לא מסרו בשלב זה מהו הכלי שאותר.
מהחקירה עלה חשד כי בין רג'בי לבין החשוד הייתה היכרות מוקדמת. במשטרה בודקים חשד שלפיו המניע למעשה היה חוב כספי של החשוד. החשוד נחקר בחשד לרציחתה של רג'בי והובא היום לבית משפט השלום בירושלים. לבקשת המשטרה הוארך מעצרו עד 27 בספטמבר. חקירת החשד לרצח נמשכת, ובמקביל נמשך במכון לרפואה משפטית הליך זיהוי הגופה ובירור נסיבות המוות.