Pouco tempo depois, Luiz Felipe retornou ao apartamento e confessou espontaneamente aos policiais que havia esfaqueado Bruno. Ele recebeu voz de prisão em flagrante e foi encaminhado para a Cadeia Pública de Santos. A Polícia Civil solicitou exames ao Instituto de Criminalística (IC) e ao Instituto Médico Legal (IML) para complementar a investigação, que inicialmente registrou o caso como homicídio simples.
O crime rapidamente ganhou repercussão nacional devido ao contexto do relacionamento entre vítima, autor e a jovem. Dias após o homicídio, a mãe de Bruno chegou a acusar publicamente a mulher de ter participação na morte do filho, hipótese que não foi confirmada pela investigação. A jovem também afirmou que, já preso, Luiz Felipe comentou com familiares que ninguém deveria estar surpreso com o assassinato, pois ele dizia havia algum tempo que mataria Bruno.