על מנת להשתיק את כץ, סורוקין נטל מטפחת שהיתה מונחת על השולחן וחנק אותה למוות. לאחר שחנק אותה, לא היה בטוח שהיא מתה, אז הוא ניגש למטבח, שלף סכין ארוכה שיסף את גרונה ולאחר מכן דקר אותה עוד מספר פעמים עד שהיה בטוח שהיא מתה.
"הגעתי לבית של אנה כשאני שיכור, לא זוכר מה שתיתי באותו היום. נכנסתי פנימה, ישבתי לידה ואז נגעתי לה בחצאית, היא צעקה שזה לא בסדר ואיימה עליי שתתקשר לאשתי ותספר לה על כך. פחדתי מאוד, לא זוכר מה קרה לי, חנקתי אותה ולאחר מכן דקרתי אותה בגרון, לא יודע מה קרה לי באותם רגעים", הסביר סורוקין לחוקרי היחידה המרכזית, בפיקודו של רפ"ק ערן כהן. סורוקין סגר את דלת הבית ואת הסכין השליך, על פי גרסתו, לתוך פח זבל או לערימה של שיחים שהייתה בסמוך לו.
החוקרים החלו לתחקר את שכניה של כץ. אחת השכנות נזכרה לפתע שאדם בשם מישה נהג להגיע מדי פעם לדירתה של כץ. היא מסרה לחוקרים את תיאורו ולבסוף, הצליחו השוטרים להגיע לסורוקין. החוקרים לא היו בטוחים שהוא ביצע את הרצח, אבל בכל זאת החליטו לתחקר אותו. הוא הכחיש ששהה בדירה או הכיר את כץ. אך כשהביאו אותו לדירתה השכנה אישרה לחוקרים שהוא האדם שהיה מגיע לדירה. למרות זאת, סורוקין התבצר בעמדתו וטען שלא ביצע את הרצח. הוא נלקח להארכת מעצר בבית המשפט ומעצרו הוארך בשבוע ימים.
מדובב המשטרה הצליח במיומנות רבה לגרום לסורוקין להודות שאכן ביצע את הרצח ואף מסר פרטים מוכמנים שרק מי שהיה בדירה בעת הרצח ידע עליהם. בסופו של דבר כץ נשבר והודה בפני החוקרים כי ביצע את הרצח ושחזר את המעשה בפני מצלמות המשטרה. "חשבתי שלא יעלו עליי לעולם", הודה סורוקין בפני החוקרים, "לא ידעתי מה לעשות עם אנה, היא עצבנה אותי וקרה מה שקרה".
היום הוסר צו איסור הפרסום מעל הפרשה ובימים הקרובים יוגש נגד סורוקין כתב אישום בגין רצח.