В ходе первого же допроса стало ясно, что супруги Дюмойяр говорят неправду. Видимо, арест явился для них полной неожиданностью, и они так и не сумели заранее договориться о том, как себя вести в подобной ситуации. На вопрос о том, что они делали 26 мая, в день нападения на Мари Пишон, оба начали давать абсолютно различные показания.
Тем временем тщательный обыск в доме Дюмойяров дал весьма неожиданные результаты. Было обнаружено огромное количество всевозможного женского белья самых разных размеров, в частности: 71 носовой платок, 67 пар чулок, 38 шляпок, 10 корсетов и т. д. Всего же насчитали 1056 предметов женского туалета. Когда об этом спросили жену Дюмойяра, та не сумела дать вразумительного ответа, почему в ее гардеробе такое количество добра, большая часть которого не подходила ей по размеру.
Развязка этой истории наступила, когда в полицию прибыла Мари Пишон и ее ввели в комнату, где находился Мартин Дюмойяр. Девушка опознала в нем того человека, который напал на нее возле моста. С этого момента полиция не сомневалась в том, что перед нею охотник на молоденьких служанок.
В ходе следствия полиция проверила возможную причастность Дюмойяра к бесследному исчезновению нескольких девушек, служивших как в Лионе, так и в его окрестностях. Сам Дюмойяр на все вопросы отвечал одно и то же: ничего, мол, не знаю. Но тут в дело вмешалась его супруга.
Во время одного из допросов следователь сообщил ей, что ее муж во всем сознался. Уставшая от многочисленных изнурительных допросов женщина поверила и тут же рассказала о том, что одну из своих жертв ее муж закопал в лесу близ Монмэна. Полицейские выехали к указанному месту и действительно обнаружили там человеческий скелет с раздробленным черепом.
Но Мартин Дюмойяр был слишком хитер, чтобы так просто подставить свою голову под топор палача. Как только следователь предъявил ему обвинение в этом убийстве, Дюмойяр согласился с тем, что он действительно закопал труп в лесу, однако убивал девушку не он. Он поведал душещипательную историю о том, как двое незнакомых ему людей, пригрозив убийством ему и его жене, заставляли его прятать тела молодых девушек, которых эти неизвестные выслеживали, насиловали и убивали. За эту работу "могильщика" Дюмойяр получал вещи убитых.
Полиция не поверила в россказни Дюмойяра и продолжила поиски свидетелей, которые помогли бы уличить его. И таких свидетелей за восемь месяцев следствия было обнаружено около 70 человек. По их показаниям, в лесу в Монтмоэле было найдено еще несколько трупов женщин. И вновь активную помощь в деле розыска погибших оказала супруга Дюмойяра. В сущности это была глубоко несчастная, психически больная женщина. Брак с этим человеком не принес ей радости, а в последние годы и вовсе превратился в ад. Дюмойяр часто бывал агрессивен, избивал жену, иногда насиловал. И лишь в те моменты, когда он возвращался домой после "охоты" на служанок, его агрессия проходила. Он был на удивление добр, мягок и дарил своей супруге вещи убитых им женщин. Он любил рассказывать жене о своих похождениях и особенно смаковал детали убийств. Постепенно эти рассказы настолько захватили его супругу, что она порой просила мужа пересказывать ей их вновь и вновь. В их доме это стало чем-то вроде ритуала, который скрашивал их скучные совместные вечера.
Суд на убийцей служанок состоялся в городе Бурже 29 января 1862 года. Он длился не один день и в конце концов привел к закономерному результату: Мартин Дюмойяр был приговорен к смертной казни, его супруга получила 20 лет каторжных работ. Через месяц, в марте 1862 года, на одной из площадей Бурже топор палача опустился на шею Дюмойяра. В толпе многочисленных зевак не нашлось ни одного сочувствующего ему человека.