Как только все эти подробности стали достоянием общественности, молва стала обвинять в убийстве самого Сухово-Кобылина, который поменял французскую любовницу на русскую — жену видного дворянина А. Г. Нарышкина. Осенью 1850 года московское общество внимательно следило за тем, как развивался роман холостяка и Надежды Ивановны. Во время суда Сухово-Кобылин упорно отрицал любовные связи с обеими женщинами. Особый цинизм этой лжи состоял в том, что Надежда Нарышкина в 1851 году родила от него ребенка. Девочку назвали, как бывшую любовницу Сухово-Кобылина, Луизой, и позже, в 1883 году, он официально ее удочерил. Следователи решили, что суть дела в любовном треугольнике, и «тщательно» проверили Сухово-Кобылина на возможную причастность к смерти Дюманш. Выяснилось, что буквально за четыре дня до случившегося светский лев с миллионным состоянием почему-то переехал из дома во флигель, где были обнаружены на полу подозрительные пятна. О том, как эти пятна могли появиться, Сухово-Кобылин ничего вразумительного сказать не смог, лишь заявил, что его повар имел обыкновение резать в сенях птицу. Он был до того растерян, что даже не смог сказать, кто и когда мыл полы в занимаемых им помещениях. Причем показания даже насчет мытья полов литератор менял несколько раз. Это заставило полицейских провести не обычный осмотр, а обыск. Теперь пятна были обнаружены и в одной из комнат. Когда 16 ноября 1850 года подозрительные фрагменты штукатурки и плинтусов были вырублены и доставлены для сохранения в полицейскую часть, оказалось, что их было тридцать три! При этом в остальных комнатах флигеля ничего похожего на эти бурые пятна обнаружено не было. Личная переписка Сухово-Кобылина была опечатана и изъята для последующего ознакомления следователей. И хотя наука того времени не позволяла отличить кровь животного от человеческой, сомнений в том, что это кровь, не было.
Оберполицмейстер И. Д. Лужин поручил расследование убийства Симон-Дюманш приставу Хотинскому. Тот исключил причастность к убийству кого-либо из извозчиков, а также убедился, что ни одно помещение в доме графа Гудовича, где квартировала Луиза, не могло оказаться местом ее убийства. Показания прислуги, в целом не противоречившие друг другу, сводились к следующему: хозяйка в последний день своей жизни ушла из дому утром (около девяти) и весь день пробыла в гостях у своей подруги. Вернулась домой она с кучером Галактионом Кузьминым около 21.00 и через час снова ушла, предупредив, что скоро вернется. Кучер Галактион Кузьмин, служанки Аграфена Кашкина и Пелагея Алексеева и приходящий от Сухово-Кобылина повар Ефим Егоров были единогласны в этих показаниях. Здесь интересен тот факт, что допросы прислуги, датированные 11 ноября 1850 года, почему-то не были подписаны допрошенными, хотя те были грамотными. К тому же позже выяснилось, что Ефим Егоров и Галактион Кузьмин на момент снятия показаний были несовершеннолетними (не достигли 21 года), а это было уже серьезным процессуальным нарушением.
Все эти детали сложились в неприглядную картину, и пристав Хотинский подписал ордер на арест Сухово-Кобылина. Также были арестованы повар Ефим Егоров и камердинер Сухово-Кобылина Макар Лукьянов. Причиной ареста последних послужило то, что их показания противоречили заявлениям Сухово-Кобылина. Арест дворянина, да притом такого известного, наделал в Москве много шума. Но еще более скандальным оказалось другое решение следователя — он обязал Надежду Нарышкину не покидать Москву и взял с нее подписку о невыезде. Замужняя женщина открыто подозревалась полицией в соучастии в убийстве — это ли не повод для светских сплетен! То, что полиция заинтересовалась представителями высшей московской знати, вызвало повышенное внимание властей к расследованию. Военный генерал-губернатор Москвы граф Арсений Андреевич Закревский 18 ноября 1850 года предписал учредить особую следственную комиссию, которой надлежало взять расследование убийства Симон-Дюманш в свои руки. Возглавил комиссию управляющий секретным отделением при московском военном губернаторе коллежский советник Василий Шлыков. Высокий ранг этого чиновника подчеркивал то внимание, которое отныне придавалось расследованию. Прежние полицейские следователи — Хотинский и Редкин — были включены в состав комиссии Шлыкова на правах рядовых ее членов.