警察在屍體旁邊發現拖拉的痕迹，循著痕迹在莫斯雷家後院草地邊上找到第一現場。
草地上有踩蹋過的痕迹與大量血跡，草叢中也起出兩截仍帶著血跡的高爾夫球杆，一塊是桿頭，一塊是桿頸，桿柄則下落不明。
法醫的驗屍結果顯示瑪莎先被人用高爾夫球杆重擊頭部，兇手毫不留情，球杆都被打碎數節，兇手再用柄桿尖端猛戳瑪莎的面部和頸部，刺中動脈造成大量出血致死，死亡時間大概在三十日晚上十點到十一點間。雖然瑪莎的褲子退至膝下，但是在屍體內並沒有發現精液或其它強暴的痕迹。
瑪莎被害的消息震驚整個格林維奇，因為這是該市數十年以來的第一起命案；此外，本案也引起了全美各地的關注，因為被害者是美國富商的千金小姐，而美女港住宅區可以說是全國最安全的地區。發生一宗如此殘忍的兇殺案，馬上成為紐約時報等知名報紙的頭條新聞。
警方曾懷疑過一個智商頗低的青年，因為他的襯衫上沾有血點，但是FBI的化驗室發現血型與瑪莎不符，警方才鎖定在最後與瑪莎想出的湯米。斯凱科，因為所有小孩都說瑪莎最後是和湯米在一起的；警方在斯凱科家的後院也發現了一些高爾夫球杆，其型號與材料和兇器一樣。
但是這並不足以證實湯米是兇手。首先，法醫確定瑪莎的死亡時間在十點到十一點之間，其他人則證實瑪莎在九點到九點半左右與湯米在一起，而湯米聲稱在十點前即與瑪莎分手，各地回家。在十點到十一點之間，除湯米外，其他人也有機會殺害瑪莎。
其次，斯凱科家的高爾夫球杆雖與案發現場的球杆吻合，但也不能咬定湯米。因為斯家的球杆四處亂放，任何人都可以從後院拿走，而當時和湯米、瑪莎在一起的朋友都說沒有看到湯米拿著高爾夫球杆。
不過，湯米的涉案嫌疑依然很大，警方便決定傳訊湯米。湯米自稱那天晚上大家解散后，他又和瑪莎在車道上聊了一會兒就分手了，時間大概是在九點半到十點鐘左右，因為他要回家做作業。本來他要送她回家，但是瑪莎說不用了，便各自回家了，當時他並沒有注意到街道上還有沒有其他人。
傳訊時湯米顯得很合作，警方覺得他們沒有理由懷疑湯米所說的一切。
除湯米外，斯凱科家另外一個男孩，邁克也成為警方的懷疑對象。十五歲的邁克一直暗戀著瑪莎，曾因為湯米想要與瑪莎走近一些而對哥哥的奪愛行徑頗為不滿，後來，他自承曾在深夜十一點半爬到瑪莎的房間窗外偷窺。
但是另外兩個孩子作證稱，案發時邁克和他們一起送朋友回家，並不在現場。警方同時也調查住在莫斯雷家西邊的愛德華。哈蒙德。他是哥倫比亞大學的碩士班學生，年近三十仍沒有女朋友，和母親同住在哈家豪宅內。朋友說愛德華個性孤僻，經常酗酒解愁。他的卧室朝東，窗前正好是瑪莎遇害的第一現場。但是沒有任何線索顯示當天晚上他曾經和瑪莎在一起。警方偵訊時，他堅稱自己一直窩在家裡，和母親一起看電視。他母親在接受警察的訊問時，也證實了愛德華的說法。
警方也沒有漏掉案發前幾天才搬進斯家大宅的家庭教師肯尼茲。李特頓。他在湯米就讀的布朗斯維克私立中學教書，魯什頓因為自己兒子成績欠佳，而請肯尼茲回家擔任湯米的家庭教師。
警方調查發現這個老師曾有過盜竊前科，偷的都是一些不太值錢的小東西，經常酗酒，情緒也不穩定。不過，同樣也沒有證據可以證實肯尼茲在萬聖節當晚曾經接觸過瑪莎，事實上肯尼茲根本不認識瑪莎。
此外，也不能排除外人作案的可能。畢竟，美女港社區離康州高速公路只有一里左右。
萬聖節當晚，社區車水馬龍，巡警和住衛警也不能一一盤查。再加上，不管是從感情上說還是從切身的利益來說，警方都寧願相信是外人臨時起意殺害瑪莎的不幸事件。
匿名信
就在警方持續進行調查時，莫家收到一封從紐約寄來的匿名信。信中稱，「……警方應該將萬聖節夜和瑪莎在一起的所有男孩和女孩都拘留起來，不出兩個小時，他們就會供出誰殺了瑪莎……」
信中還說「警方和新聞媒體都無權掩飾罪行，即使殺人兇手就是艾瑟。肯尼迪夫人的侄子亦然！」
當時，人們已逐艦淡忘約翰。肯尼迪和羅伯特。肯尼迪遇害身亡的不幸；一九七二年，時任美國國會議員的愛德華有意角逐總統，但是在爭取黨內提名時，卻因為一九六九年的一件車禍而頻招攻擊，人們紛紛指責他見死不救，擅離現場。話說一九六九年七月十八日，嗜酒的愛德華帶著二十八歲的女秘書瑪麗。柯貝琴酒後駕車經過查帕奎迪克島的一座橋時發生車禍，汽車墜入水中，愛德華大難不死，自己脫困游上岸，女秘書卻逃生無門，困在車內，活活淹死。愛德華回家后不但沒有報警，還找律師與女方家屬私下和解，事後遭共和黨嚴厲批評，愛德華也因此而退出選，局該案重創肯家，許多人都覺得愛德華因身分特殊而豁免於法律制裁。
莫斯雷馬上將匿名信交給警察局，警方當然不接受袒護權貴的指控。在聖誕節前夕，紐約時報記者再次就瑪莎一案採訪格林維奇市警察局時，巴蘭局長就澄清說，他手下的警員已經查訪過兩百多人，雖然案情沒有突破，但是警方也沒有包庇任何人。
他強調說，「你可以相信這一點，如果我們發現了任何證據，我們一定會調查到水落石出。」
經過幾個星期的調查，警方終於掌握了案發當晚斯凱科家門口人群來去的過程。
萬聖節的晚上，魯什頓。斯凱科偕朋友外出打獵，把孩子交給家庭教師肯尼茲。肯尼茲帶著孩子們一起到俱樂部去吃晚飯，回到家大約是九點鐘。邁克在街上遇到了瑪莎、海倫、傑佛瑞和另一名男孩傑克，邁克就帶大家到自己家門口。此時傑克告辭，剩下的四個孩子就坐在斯家的林肯轎車內邊聊天，邊聽音樂。邁克和瑪莎坐前座，海倫和傑佛瑞坐在後面。
大約九點十五分，湯米從家裡出來，也坐進前座，和瑪莎坐在一起。十幾分鐘后，湯米的兩個哥哥出來，說要用車送朋友回家。湯米、瑪莎、海倫、傑佛瑞從車裡鑽出來，邁克則留在車內，和哥哥一起送朋友回家。
車子開走後，海倫和傑佛瑞也回家了，車道上只剩下湯米和瑪莎兩人。九點半左右，湯米的姐姐茱莉開另外一輛車送朋友回家，看見湯米和瑪莎還站在車道上。接著發生的事情就難以確定了，湯米說他在茱莉走後就和瑪莎分手回家寫功課。但是沒有人能證實他在十點前就回到家。肯尼茲說，大約十點三十分湯米才出現在起居室。
但是，湯米說他在先寫完一篇作文後，才下樓去和肯尼茲一起看電視。湯米自稱寫了一篇有關林肯總統的作文，但是學校的老師說那天並沒有要學生寫那項作業。
後來，海倫才向警方補充說明，她和傑佛瑞離開斯家門口時，她看見湯米用力將瑪莎推倒在草地上，自己再趁勢也躺在地上，但是究竟他們在做什麼，由於是夜晚，又有樹叢遮住視線，她也不清楚。
警方在瑪莎的遺物中找到她的日記，她說自己對湯米有好感，好象湯米也喜歡她，有時還讓她開他的車。
不過，瑪莎的朋友及家人都說，瑪莎與湯米只是普通的朋友而已，事實上瑪莎還有一位更要好的男朋友，但是當天他並不在格林維奇。
警方經過好幾個月的調查后，湯米還是不能釋嫌。便在湯米同意下進行測謊，第一次不能確定湯米是否誠實回答關鍵問題，第二次測謊時，他就順利通過了。
大膽的猜測
格林維奇警察局的刑警卡羅爾參與偵辦此案，即使案情陷入膠著之際，他仍然堅信湯米不可能是無辜的。他解釋道那天晚上沒有人聽到尖叫聲，也就是說瑪莎在受襲時並沒有高聲求救，她一定認識兇手，才會鬆懈心防，而湯米即有時間，又合乎條件，很可能就是他殺害瑪莎的。
他根據證據推斷湯米的作案過程如下：……湯米坐在轎車內將手放在瑪莎的大腿上，瑪莎沒有反對，於是他慾火中燒，等到其他人都走了，就把瑪莎壓在地上。但是瑪莎一把推開了湯米，站起來整理一下衣服，表示要回家。湯米心有不甘，在瑪莎急步前進時，他跑到後院抄起一根高爾夫球杆，緊追女孩。在莫斯雷與哈蒙德家之間的小路上趕上了瑪莎，他本想揮舞球杆來嚇唬她，沒想到一擊打在瑪莎左邊的太陽穴上。瑪莎應聲倒地失去知覺，湯米低頭一看，鮮血泉涌，方寸大亂之下，連忙將瑪莎往山坡上拖。
此時，他心想只有殺人滅口了。於是，他再度用球杆猛擊瑪莎頭部，由於用力過猛。
桿頭也打碎了，又用折斷的球杆不斷地猛戳瑪莎的臉和脖子，直到確定她完全斷氣為止。最後，他把瑪莎的屍體拖到一棵松樹下，蓋上一些樹枝。
然後，他悄悄跑回家，洗澡更衣，再下樓到起居室和肯尼茲一起看電視……
許多偵探都認同卡羅爾的推斷，但是證據不足，他的長官並沒有接受，也不同意寫進警察局的偵查報告。
一年過去了，命案降溫，偵查工作也沒有任何斬獲。人們不再好奇。在瑪莎被害的一年內，莫斯雷仍不忍搬離，雖然當他們經過女兒的卧房，當他們看到屋后那片樹林，他們都忍受著無比的錐心之痛和折磨。但是他們相信只要莫家還住在美女港，警察局就得努力去破案。
一年後，莫斯雷家失望地遷居到紐約去了。
舊案重提
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