Крестьяне писали не только Тютчеву, но и властям, но Салтыкова, и сама происходя из знатного рода, и имея не менее знатных родственников по мужу, умудрялась заминать скандалы благодаря знакомствам и подкупам. Два ее крепостных, Савелий Мартынов и Ермолай Ильин, жен которых она убила, сумели в 1762 году передать жалобу только что вступившей на престол
Екатерине II. И та, получив власть незаконно, решила сделать из дела Салтыковой показательный процесс, который должен был ознаменовать наступившую в России эру законности. У Ильина, кстати, были подряд убиты три жены. Сам он стал непосредственным свидетелем убийства третьей, после чего «впал в исступление»: плакал, кричал и грозил местью лютой помещице. Салтыкову это испугало, и она распорядилась посадить его в свою тюрьму под караул. Он «смирился», покаялся, а получив освобождение, бежал вместе с Мартыновым в Санкт-Петербург, где, прожив несколько месяцев, они сумели все-таки найти выход на императрицу. Прямых улик убийства двух первых жен у следствия не было, а все сомнения толковались в пользу обвиняемой, и эти два эпизода в обвинении не фигурировали.
Следствие продолжалось три года. В архивах канцелярии московского гражданского губернатора, московского полицеймейстера и Сыскного приказа была найдена 21 жалоба салтыковских крепостных, и было выяснено, что над всеми жалобщиками помещица провела или собственный суд, или отдавала суду государственному по обвинению в клевете, и жалобщики отправлялись в Сибирь. После осуждения помещицы несколько крестьян были освобождены с каторжных работ.
Во время обыска в московском доме Салтычихи на Сретенке и в имении в Троицком обнаружили бухгалтерские книги, в которых аккуратная барыня указывала суммы взяток чиновникам. Помимо этого, крестьяне назвали имена тех, кого Салтыкова убила, и дали показания об истязаниях.
Салтыкова была взята под стражу, но ни в чем не признавалась. Разрешения на пытки дворянки государыня не дала, и потому Дарье ими лишь грозили, а как-то в ее присутствии пытали разбойника, обещая, что она будет следующей. Скорее всего, от своих высокопоставленных родственников Дарья узнала, что пытки к ней применены не будут. Пытался вызвать в ней раскаяние священник московской церкви Николая Чудотворца Дмитрий Васильев, проведя с ней целый месяц, но и это оказалось бесполезно.
Весной 1765 года следствие было закончено, и дело передано в департамент правительствующего Сената. Следователь Волков сумел доказать вину Салтыковой в смерти 38 человек, и еще в 26 случаях Салтыкова была «оставлена в подозрении».
