در شهریور ماه سال ۱۳۹۳، مردی با پلیس تماس گرفت و اعلام کرد که خواهرش را در خانه‌اش در حالی که بیهوش بوده، پیدا کرده است. با رسیدن مأموران به محل، زنی ۲۹ ساله با وضعیت نیمه‌جان و آثار جراحت و سوختگی روی بدنش مشاهده شد. برادر این زن به مأموران گفت که همسر صیغه‌ای شوهر خواهرش به او اطلاع داده که ملیحه حالش بد است. او نیز بلافاصله خود را به خانه خواهرش رسانده بود. شوهر ملیحه و او با هم مشکلاتی داشتند، اما ملیحه به دلیل فرزندانش از شوهرش جدا نمی‌شد، با وجود اینکه شوهرش همسر دیگری نیز داشت. مأموران با دستور بازپرس، زن را به بیمارستان منتقل کردند، اما او چند روز بعد درگذشت.
با مطرح شدن پرونده به عنوان قتل عمد، مأموران برای دستگیری حسن، شوهر ملیحه، اقدام کردند، اما متوجه شدند که او و همسر صیغه‌ای‌اش، ناهید، فرار کرده‌اند. چند روز بعد، برادر حسن به پلیس مراجعه کرد و اعلام کرد که برادرش شبانه وارد خانه‌اش شده و یکی از فرزندان را با خود برده است. او ابراز نگرانی کرد که ممکن است حسن به دلیل عصبی بودنش برای فرزندان خطر جانی ایجاد کند. تحقیقات با دقت بیشتری ادامه یافت و یک ماه بعد، حسن و ناهید در خانه خواهر ناهید شناسایی و بازداشت شدند.
حسن در بازجویی‌های اولیه منکر قتل همسرش شد و گفت که او و ملیحه با هم مشکلاتی داشتند، اما او هرگز قصد کشتن همسرش را نداشته است. او ادعا کرد که در روز حادثه، ملیحه بدون اطلاع او از خانه پدرش به خانه آمده بود و به همین دلیل با او درگیر شده‌اند. حسن گفت که ملیحه را کتک زده، اما این اتفاق سه روز قبل از بدحالی او رخ داده بود. او همچنین اظهار داشت که ناهید به او اطلاع داده که ملیحه حالش بد شده و روی زمین افتاده است.
با این حال، پزشکی قانونی اعلام کرد که علاوه بر ضربات کشنده به سر ملیحه، آثار سوختگی روی بدن او نیز دیده می‌شود که مربوط به آتش نیست و احتمالاً بدن او به یک ماده شیمیایی آغشته شده است. ناهید نیز در بازجویی‌ها گفت که حسن سم کشاورزی به بدن ملیحه زده بود تا او را تنبیه کند.
حسن در دادگاه بار دیگر منکر قتل همسرش شد و گفت که قصد کشتن او را نداشته است. پزشکی قانونی نیز اعلام کرد که در خون ملیحه مرفین یافت شده و احتمالاً علت مرگ او مصرف مرفین بوده است. وکیل حسن با استناد به این موضوع و انکار متهم، درخواست تبرئه او را کرد. با این حال، پدر ملیحه درخواست قصاص کرد و پذیرفت که تفاضل دیه و سهم فرزند صغیرش را نیز بپردازد. دادگاه پس از بررسی پرونده، حسن را بازداشت کرد و از اولیای دم خواست تا ۵۰ نفر از اقوام نسبی خود را برای شهادت علیه متهم معرفی کنند تا مراسم قسامه انجام شود.