警方接到报警后，他们随即对这起幼童谋杀案展开了调查。在调查的过程中，当听闻有关11岁的玛丽·贝尔种种怪异的反应后，警方不敢相信11岁的玛丽是这起案件的嫌疑人，更是很难将她与案件联系在一起。可是，随着警方的深入调查，玛丽的种种怪异言行让他们不得不怀疑她有可能就是凶手。
在小马丁遇害后，玛丽为了庆祝自己11岁的生日，她潜入了一家托儿所中，并蓄意破坏了很多物品，而且还与诺尔玛在那里留下了匿名留言，声称是她们杀死了马丁·布朗。
在玛丽的图画课上，当她在作业本上画画时，她画的是一个小男孩躺倒的姿势，而这一姿势与小马丁遇害的姿势完全相同。另外，她还在躺倒的小男孩旁边画了一个药瓶，上面标有“药片”二字。不仅如此，她还在图画配文上写下与马丁遇害相关的事情。不过，老师对此并没有在意，以为她只是取材于马丁·布朗的死讯报道。