De acordo com a Polícia Civil do Rio Grande do Sul, as investigações começaram após Mirella dar entrada em uma UBS (Unidade Básica de Saúde) em 31 de maio e morrer minutos depois. Ela estava coberta por hematomas, marcas de queimaduras e fraturas, antigas e atuais, e uma severa hemorragia abdominal, que foi a causa da morte.
De acordo com os agentes, a mãe foi localizada no bairro Guajuviras, em Canoas, ao norte da capital gaúcha, e o padrasto foi encontrado em Palhoça, no estado de Santa Catarina, para onde havia ido logo após o crime.
Testemunhas relataram à polícia que a menina estava sempre com medo, chorando ou machucada. Disseram também que viram a menina com hematomas e lesões, com medo do padrasto e não querendo retornar para a casa com a mãe em diversas ocasiões.
Prontuários médicos confirmaram que a menina teve várias entradas em unidades de saúde por múltiplas fraturas, escabiose e queimaduras que não haviam sido tratadas adequadamente.
De acordo com a Polícia Civil, as agressões ocorreram ao longo de mais de dois anos, durante a convivência do casal. Os suspeitos teriam submetido a vítima a agressões físicas, privações, negligência, e a intenso sofrimento físico e mental como forma de castigo pessoal, o que caracteriza o crime de tortura com resultado em morte.
As prisões ocorreram durante a Operação Inocência. Os mandados foram deferidos pela 3ª Vara Criminal de Alvorada, após parecer favorável do Ministério Público, e foram cumpridos pela Delegacia Especializada no Atendimento à Mulher de Alvorada.
