Для его розыска и задержания была создана оперативно-следственная группа.
В дежурную часть 15-го отделения милиции обратилась гражданка, заявившая, что минувшей ночью в подъезде своего дома она подверглась нападению мужчины по имени Саша, ранее домогавшегося близкого знакомства с ней, который под угрозой ножа вывел ее на улицу, где пытался затащить в ближайший кустарник. Однако этому воспрепятствовало внезапное появление знакомого, вследствие чего они вдвоем убежали и укрылись в квартире потерпевшей до утра.
В тот же день работниками уголовного розыска были предприняты активные меры по обнаружению преступника. При этом в районе Петровско-Разумовского проезда Москвы потерпевшей был опознан напавший на нее мужчина, который был задержан на месте.
Он оказался Тимофеевым, рождения 1957 г., ранее 7 раз судимым, в общей сложности отбывшим в местах лишения свободы около 15 лет, без определенных занятий.
После задержания Тимофеева вышеперечисленные дела, возбужденные по фактам нападения и убийств женщин, были соединены в одно производство прокуратурой.
Дело было принято к производству старшим следователем по особо важным делам при Генеральном прокуроре СССР.
Дальнейшим расследованием установлено:
Тимофеев после отбытия очередного срока наказания был освобожден из мест лишения свободы в Псковской области, прибыл в Москву и стал проживать без прописки у своей жены по адресу: г. Москва, Петровско-Разумовский проезд. При этом Тимофеев нигде не работал, по существу вел паразитический, антиобщественный образ жизни. Как следует из показаний самого Тимофеева, существовал он якобы на средства жены, а также систематически занимался перепродажей по завышенным ценам спиртных напитков, похищал различные вещи из автомашин, принимал участие в совершении квартирных краж. Однако назвать конкретные эпизоды этой своей преступной деятельности Тимофеев отказался. Предпринятыми в ходе следствия мерами установить данные эпизоды не представилось возможным.
Учитывая, что жестокие и дерзкие нападения преступника на женщин получили широкую огласку в процессе, была опубликована фотография Тимофеева с обращением к гражданам об оказании содействия в установлении дополнительных фактов его преступной деятельности.
После этого в прокуратуру официально обратились с заявлениями потерпевшие женщины, опознавшие Тимофеева по опубликованной фотографии и сообщившие, что они тоже подверглись нападению с его стороны.
Кроме того, следствием, еще до опубликования фотографии Тимофеева, был установлен случай совершения им нападения на гражданку в Октябрьском районе Москвы с причинением ей тяжких ножевых ранений.
Свою причастность к совершенным убийствам и нападениям на женщин с применением ножа Тимофеев сначала категорически отрицал. Однако в дальнейшем, продолжая отрицать совершенные им убийства, Тимофеев наряду с этим стал показывать, что отдельные случаи нападений на женщин с его стороны действительно имели место.
Тимофеев выследил гражданку 24 лет и с целью изнасилования и завладения ее личным имуществом внезапно напал на нее возле дома на Волоколамском шоссе.