Polis ekiplerinin çevreden yaptığı araştırmada ise bir görgü şahidi merdivenden birisi düşer gibi bir ses duyduğunu bir başka görgü şahidi ise bir adamla bir kadının bir kişiyi arabaya taşıyarak götürdüğünü gördüğünü söyledi. Bunun üzerine Ankara Emniyet Müdürlüğü Cinayet Büro Amirliği ekipleri kayıp olduğu iddia edilen Engin Saraçoğlu'nun eşi Dilek Saraçoğlu'nu tekrar sorguladılar. Polisin bütün ısrarlı sorularına karşın Dilek Saraçoğlu ilk verdiği ifadesinde ısrar etti. Kadının ifadesine rağmen polis ekipleri kadını takibe aldı.
Kayıp olan Engin Saraçoğlu'nun telefonu ise bir telefoncuya satılmış olarak bulundu. Polis ekiplerinin yaptıkları araştırmada kadının Adnan Y. isimli bir kişi ile ilişkisi olduğunu tespit etti. Dilek Saraçoğlu bir süre sonra kendi evinden babasın evine taşındı. Bu sırada Adnan Y. 17 Nisan 2011 günü kadının babasın evine arayarak "Ben cinayettin Adnan, Dilek hanımın emniyet gitmesi gerekiyor" diyerek kadını aldı. Dilek Saraçoğlu ve Adnan Y. kızkardeşinin Düzce'deki evine gitti. Daha sonra ikilinin İstanbul'a gittiği belirlendi. Bu sırada Adnan Y. 'nin polise "Engin'i aralarında husumet olan bazı kişiler öldürüp Gölbaşı'na gömdüler" şeklinde yalan ihbarda bulunduğu anlaşıldı.
Öte yandan polis ekipleri Engin Saraçoğlu'nun öldürülmesi durumunda cesedin nereye atılmış olabileceği konusunda değerlendirmelerde bulunarak tahmini olarak Bağlum ve Otoban civarında arama yaptı. Polis ekipleri Bağlum Otoban yol ayrımı yakınında bir derenin içinde yaklaşık 2 saatlik bir arama sonucu cesedi üzeri taşla örtülü bir şekilde buldu.
Bu sırada da düzenlenen operasyonla katil zanlısı Adnan Y. ve iki çocuk annesi Dilek Saraçoğlu gözaltına alındı. Olay gecesi başının ağrıdığını söyleyen Engin Saraçoğlu'na eşinin uyku ilacı olduğu sanılan bir hap verdiği belirlendi. Cinayeti işlediği itiraf eden zanlı Adnan Y. olay gecesi saat 01.00 sıralarında Engin Saraçoğlu'nun evine geldiğini söyledi. Uyuyan Engin Saraçoğlu'nu dürterek uyandırdığında kendisine 'Sen kimsin' diye bağırması üzerine levye ile başına vurarak öldürdüğünü itiraf etti. 2 çocuğunun babasının dostu ile birlikte öldürdüğü iddia edilen Dilek Saraçoğlu ve Adnan Y. çıkarıldıkları mahkeme tarafından tutuklandı.