Cảnh sát thẩm vấn mọi thành viên của gia đình, tìm kiếm những dấu hiệu của sự bất hòa hoặc những bí mật đen tối nhưng không thấy gì đáng ngờ. Cha Yara là kiến trúc sư, mẹ là giáo viên, họ đều rất nổi tiếng và được kính trọng ở địa phương vì sự gần gũi, tốt bụng. Yara cùng ba người chị em luôn vui vẻ, được cha mẹ yêu thương.

Cảnh sát đã nghe lén trên hàng trăm thuê bao điện thoại và hơn 15.000 thiết bị khác được ghi nhận có mặt ở Mapello vào ngày Yara mất tích, song không có phát hiện gì đáng kể. Mùa đông năm đó, thị trấn Brembate di Sopra nhỏ bé đã trở thành trung tâm của sự chú ý trên cả nước.

Chiều 26/2/2011, tròn ba tháng sau khi Yara mất tích, một người đàn ông lái chiếc trực thăng mini trên bầu trời thị trấn Chignolo d'Isola, cách quê nhà của Yarra 10 km và hạ cánh giữa đám cỏ dại. Bước xuống, ông ta bắt gặp một số mảnh quần áo và nghĩ rằng dây phơi nhà ai đó đã làm bay đồ. Nhưng sau đó, ông nhìn thấy một đôi giày, rồi tiến lại gần để xem và gần như phát nôn.

Nữ cảnh sát trưởng Letizia Ruggeri lúc này đang trở về sau một ngày trượt tuyết với con gái thì nhận điện báo phát hiện một thi thể. Letizia thả con gái ở nhà và đến thẳng hiện trường, thị trấn Chignolo d'Isola. Thi thể đang trong tình trạng phân hủy nặng, nhưng Letizia có thể nhìn thấy chiếc áo khoác, chiếc áo thun hình Hello Kitty mà cô bé Yara đã mặc khi rời nhà. Quanh hiện trường, cảnh sát cũng thấy chiếc iPod và chìa khóa nhà của Yara, cùng thẻ sim và pin điện thoại của cô, nhưng chiếc điện thoại thì không.

Việc khám nghiệm tử thi được tiến hành bởi những nhà pháp y nổi tiếng nhất nước. Họ phát hiện ra dấu vết của vôi trong đường hô hấp của Yara, và sự hiện diện của sợi đay, một loại sợi thực vật được sử dụng để làm dây thừng, trên quần áo cô bé. Yara không hề bị cưỡng hiếp mà bị đa chấn thương do một vũ khí sắc nhọn đâm xuyên qua quần áo của cô ở nhiều điểm khác nhau. Có vẻ như cô ấy đã bị tấn công và bị bỏ rơi. Cô bé đã chết vì phơi nhiễm.

Sự hiện diện của vôi, dây đay và hạt sắt cho thấy kẻ giết người có thể làm trong lĩnh vực xây dựng. Hai tháng sau, chỉ huy bộ phận pháp y gọi điện cho cảnh sát trưởng Letizia. "Tôi có một tin vui. Chúng tôi đã tìm thấy DNA của nam giới trên đồ lót nạn nhân". Giờ đây, cuộc săn lùng sát thủ chính thức bắt đầu với lượng công việc khổng lồ.

Cảnh sát chịu trách nhiệm lấy mẫu DNA từ các thành viên trong gia đình, bạn bè trong trường và những người trong phòng tập thể dục. Đội quân cảnh tập trung vào hồ sơ điện thoại, tham chiếu chéo tất cả các điện thoại di động từng hoạt động ở Brembate di Sopra và Chignolo d'Isola vào ngày cô bé mất tích. Mỗi chủ thuê bao xuất hiện ở cả hai thị trấn trong ngày đó, đều được theo dõi và yêu cầu lấy mẫu DNA .

Đó là công việc chậm chạp và tốn công sức. Các nhà di truyền học khắp nước đã phải mất tối thiểu 6 giờ để biến đổi chỉ một vài mẫu DNA thành thứ có thể đọc và so sánh được trên màn hình máy tính. Chi phí về máy móc và nhân lực biến cuộc điều tra trở thành một trong những vụ truy lùng tốn kém nhất trong lịch sử nước Ý.

Vào thời điểm diễn ra đám tang của Yara, cuối tháng 5/2011, các nhà điều tra đã lấy hàng nghìn mẫu DNA nhưng vẫn không có kết quả. Gần nơi tìm ra xác của Yara, có một hộp đêm tên là Sabbie Mobili, chốn ăn chơi nổi tiếng trác táng, bạo lực. Kinh nghiệm điều tra 20 năm mách bảo bà Letizia Ruggeri rằng, những kẻ sát nhân có xu hướng vứt xác ở những khu vực mà chúng rất quen thuộc. Vì vậy, mùa hè năm 2011, các nhà điều tra bắt đầu lấy mẫu DNA bên ngoài hộp đêm này mỗi tối cuối tuần.

Một trong những mẫu DNA từ Sabbie Mobili tương hợp với nghi can, thuộc về một người đàn ông tên Damiano Guerinoni, nhưng anh ta đã ở Nam Mỹ vào ngày Yara mất tích. Song pháp y tin rằng anh ta là họ hàng gần của kẻ sát nhân. Điều tra về gia đình Guerinoni, cảnh sát phát hiện ra một điều đáng kinh ngạc: mẹ anh ta, bà Aurora, sống gần nhà Yara và đã làm giúp việc bán thời gian cho gia đình này được suốt 10 năm.

Aurora là một phụ nữ trung niên rất gắn bó với người chủ của mình. Bà nhớ, Yara luôn trình diễn các bài thể dục cho bà xem trước các lần biểu diễn, và bà sẽ dặn cô bé phải cẩn thận, không để bị thương. Từ năm 2011, bà không còn làm việc cho gia đình Yara nữa.

Hai mẹ con bà Aurora trở thành mục tiêu điều tra, theo dõi, nghe trộm sát sao của cảnh sát, nhưng không hề có gì khả nghi. Manh mối duy nhất mà họ có, chỉ là DNA của con trai bà rất giống với DNA của nghi can.

Cuộc điều tra của cảnh sát trưởng Letizia Ruggeri và cộng sự kéo dài quá lâu, sức nóng dư luận và chính trường ngày càng đè nặng. Các chính trị gia bắt đầu chỉ trích cảnh sát, công khai chê bai sự kém cỏi của bà Letizia và gửi thư tới Bộ trưởng tư pháp yêu cầu điều người khác thay thế bà. Letizia chỉ lặng lẽ làm công việc của mình.

Đội điều tra tiếp tục dành nhiều tháng để tạo lại cây gia phả của dòng họ Guerinoni với hàng trăm cái tên, từ năm 1716 đến thời điểm án mạng. Damiano Guerinoni có một người bác trai tên Giuseppe, qua đời năm 1999. Cảnh sát đến thăm góa phụ của ông Giuseppe vào tháng 9/2011 và thu thập DNA của ông từ nước bọt ông để lại trên 2 con tem.

Kết quả DNA mở ra bước đột phá: ông Giuseppe là cha đẻ của nghi phạm giết Yara. Song xét nghiệm DNA hai cậu con trai của ông Giuseppe đều không cho kết quả trùng khớp nghi phạm. Hai cậu này cũng không có con. Cảnh sát đặt ra giả thiết khả thi cuối cùng: ông Giuseppe chắc hẳn có con trai ngoài giá thú. Cuộc điều tra ngày càng rối rắm. Mục tiêu của cảnh sát giờ đây là tìm ra một phụ nữ, cách đây 30 hoặc 40 năm đã ngoại tình với ông Giuseppe và đẻ ra một con trai.

Các thám tử phát hiện, từ đầu những năm 1960, mùa hè hàng năm, ông Giuseppe thường một mình đến một khu nghỉ dưỡng phía nam Milan. Trong suốt mùa xuân năm 2012, cảnh sát rà soát hồ sơ, theo dõi tất cả những phụ nữ đã ở trong khu nghỉ dưỡng cùng thời điểm trong năm với ông ta, nhưng vẫn ra về tay không. Những mối quan hệ ngoại tình bị lãng quên từ lâu được nhiệt tình đào bới. Cuối cùng, họ có được cái tên cần tìm: Ester Arzuffi.

Bà Ester từng là hàng xóm của ông Giuseppe vào cuối những năm 1960. Năm 1966, ở tuổi 19, cô gái Ester tươi vui, xinh xắn kết hôn với một gã xấu xí, nghèo khổ làng bên nhưng vẫn vụng trộm với chàng hàng xóm Giuseppe. Bà sinh cho ông một trai một gái. Cậu con trai tên là Massimo, lấy tên đệm theo cha, Giuseppe.

Massimo lúc này 42 tuổi, đã kết hôn, và sống ở Mapello, chính là ngôi làng gần nhà Yara, nơi tín hiệu cuối cùng từ điện thoại di động của Yara được ghi lại vào ngày cô mất tích. Quan trọng hơn, anh là một thợ xây, nghề nghiệp trùng khớp suy đoán của các thám tử.

Ngày 15/6/2014, đội đặc nhiệm của cảnh sát trưởng Letizia Ruggeri vờ thiết lập một chốt giao thông đo nồng độ cồn của tài xế để "vợt" Massimo. Khi đo nồng độ cồn, cảnh sát cố tình nói thiết bị đang trục trặc để thuyết phục Massimo thổi nhiều lần và thu được mẫu nước bọt chuẩn hơn. DNA của anh ta trùng khớp nghi phạm. Ngay hôm sau, Massimo bị bắt với cáo buộc giết Yara Gambirasio.

Các nhà điều tra đã phát hiện ra rất nhiều bằng chứng. Massimo thường xuyên quanh quẩn gần nhà Yara; anh ta đỗ xe ở phía sau phòng tập thể dục, và ăn ở tiệm bánh pizza cạnh đó. Massimo làm thợ xây ở cùng công trường với bố Yara, kiến trúc sư cho dự án và cô bé cũng thường tới đây thăm bố.

Dữ liệu máy tính cho thấy Massimo tìm hiểu rất kỹ về các vụ cưỡng hiếp bé gái. Sóng điện thoại của anh ta đã có mặt ở thị trấn của Yara vào tối cô bé mất tích, nhưng đã bị tắt từ 5h45' đến 7h34 sáng hôm sau. Ngay cả vợ anh ta cũng làm chứng rằng Massimo không có ở nhà buổi tối Yara mất tích.

Massimo Bossetti vẫn khẳng định vô tội, do đó cảnh sát không thể biết động cơ của anh ta. "Tôi có thể dốt nát, vô học nhưng không phải kẻ giết người", anh ta nói. Tuy nhiên, kết quả kiểm tra DNA đã thuyết phục được bồi thẩm đoàn.

Tháng 7/2016, tòa án Bergamo tuyên án chung thân Massimo vì tội giết người, kết thúc vụ án "phức tạp nhất lịch sử hình sự nước Ý", kéo dài suốt 6 năm với chiến dịch kiểm tra DNA lớn nhất lịch sử. "Nó giống như một cuốn tiểu thuyết", nữ cảnh sát trưởng Letizia Ruggeri sau này, khi nhìn lại vụ án, chỉ lặp lại 4 lần câu "không thể tin được".