Familiares de Pedrolina denunciaram o desaparecimento da vítima em 1; de setembro. Ela foi vista pela última vez por volta das 9h40 do mesmo dia, em uma parada de ônibus da L4 Sul, próximo a uma faculdade particular. A partir disso, a Polícia Civil iniciou a investigação do caso. Em 3 de setembro, agentes encontraram o corpo da mulher às margens do Lago Paranoá. A 1; Delegacia de Polícia (Asa Sul) assumiu esta investigação.
João Marcos Vassalo foi detido no mesmo dia em que policiais encontraram o cadáver da vítima. Policiais militares o prenderam em flagrante pela tentativa de estupro de uma estudante na QI 29 do Lago Sul. Já sob custódia, ele confessou ter abusado sexualmente e matado Pedrolina.
Desde a prisão do suspeito, outras vítimas buscaram a Polícia Civil. Uma ocorrência registrada na 6; DP (Paranoá) e encaminhada para apuração na 10; DP (Lago Sul), indica que João Marcos também atacou uma jovem de 20 anos em 3 de setembro, antes que realizasse o ataque que o fez ser preso pela PM. Ele é indicado como autor em pelo menos cinco inquéritos.