Примечательной чертой следствия было полное и безусловное отпирательство преступницы. Несмотря на неопровержимые улики, Салтычиха привычно отвечала: «И те женки и девки живы ль или померли - она не ведает, а хотя, может быть, и померли, но по воле Божией, а она, Салтыкова, их никогда не бивала и людям своим бить не приказывала и от побои они не умирали». Столкнувшись с таким упорным отрицанием, следователи решили попугать Салтычиху пыткой. Она «привезена была в Розыскную экспедицию за караулом и сведена была в застенок и в чинимых ею людям своих мучительствах и от того смертных убивствах, Юстиц-коллегии присутствующими, что на нее показано и какие на то есть доказательства довольно увещевана же, после чего, по непризнанию ее ни в чем, показана ей очевидно жестокость розыска над приговоренным к тому преступником и посему паки чинено же ей было увещевание»
Попутно, кроме убийств, изуверства и взяток, выяснилось немало и других преступлений Салтычихи. Оказалась, что она решила отомстить своему неверному любовнику капитану Николаю Тютчеву, который решил жениться на девице Панютиной. Салтычиха, решив уничтожить Тютчева вместе с его невестою, приказала дворовым купить порох и сделать бомбу и ею взорвать дом, в котором остановились Тютчев и Панютина. Несмотря на понукания и побои, дворовые так и не решились совершить это преступление, за что были жестоко наказаны. После этого она приказала подстеречь жениха и невесту на дороге и «разбить и убить до смерти», что, к счастью для влюбленных, рабам Салтычихи осуществить не удалось.
Дело тянулось до 1768 года. Следственная комиссия после долгой работы была вынуждена признать, что зверства Салтыковой стали причиной гибели «если не всех ста человек, объявленных доносителями, то, несомненно, 50 человек». Екатерина II вынесла приговор, в котором говорилось: «Указ нашему Сенату. Рассмотрев поданный нам от Сената доклад о уголовных делах известной бесчеловечной вдовы Дарьи Николаевой дочери, нашли мы, что сей урод рода человеческого не мог воспричинствовать в столь разные времена и такого великого числа душегубства над своими собственными слугами обоего пола одним первым движением ярости, свойственной развращенным сердцам, но надлежит полагать,…что она особливо пред многими другими убийцами в свете имеет душу совершенно богоотступную и крайне мучительскую». Констатация этого исходного факта позволила вынести приговор: «Лишить ее дворянскаго названия и запретить во всей нашей империи, чтоб она ни от кого никогда, ни в судебных местах, и ни по каким делам впредь так как и ныне в сем нашем указе именована не была названием рода ни отца своего, ни мужа… Приказать в Москве… в нарочно к тому назначенный и во всем городе обнародованный день вывести ее на первую площадь и, поставя на эшафот, прочесть пред всем народом… сентенцию (приговор. -
После часового стояния у позорного столба Салтычиху предписывалось заковать в кандалы и посадить в подземную тюрьму одного из московских женских монастырей, в которой «по смерть ее содержать таким образом, чтобы она ниоткуда в ней света не имела. Пищу ей обыкновенную старческую (то есть еду стариц-монахинь. -