Согласно экспертизе, Федорова была убита из огнестрельного оружия. Убийца подошел к жертве сзади и выстрелил в затылок. Пуля вышла через глаз. Выстрел был произведен из пистолета бельгийского производства системы "Зауэр", модели 38, калибра 7,65 мм. В момент выстрела актриса сидела за столом, на котором в беспорядке находились различные предметы домашнего обихода, бумаги с телефонными номерами и адресами. Телефонная трубка была крепко зажата в руке убитой.

Для расследования этого громкого убийства была создана мощная оперативно-следственная бригада, в которую вошли настоящие асы своего дела: следователи столичной прокуратуры, сыщики МУРа и угро УВД Киевского райисполкома, а также один представитель КГБ. Присутствие последнего объяснялось просто: во-первых, убийство знаменитой актрисы проходило по категории резонансных и Лубянка не могла остаться в стороне от него, и во-вторых - связи покойной с "бриллиантовой" мафией вызывали повышенный интерес у КГБ.

Первый вопрос, который задали себе сыщики был такой: каким образом убийца проник в квартиру жертвы. Согласно показаниям многочисленных свидетелей, Федорова отличалась крайней осторожностью. Имея дела с "бриллиантовой" мафией, она прекрасно понимала всю степень риска, который сопутствовал ее деятельности. Во всяком случае никто из ее соседей и даже техник-смотритель ни разу (!) не были у нее дома. Узнав человека через "глазок" двери, Федорова обычно просила гостя спуститься вниз и подождать ее во дворе. Там и происходила встреча. Тех людей, кого актриса все-таки впускала в свой дом, можно было пересчитать по пальцам: в их число входили близкие родственники, та самая подруга, которая приходила к ней в роковой день, да еще несколько человек, в том числе и те, кто был связан с "бриллиантовой" мафией. Подруга рассказала сыщикам, что незадолго до убийства она стала свидетелем появления этих людей у Федоровой: между ними состоялся какой-то торг, видимо, по поводу бриллиантов. Сыщики затем установили, что убитая неплохо разбиралась в ценах на драгоценные металлы и дорогие камни. Однако в самой квартире покойной никаких "камней" найдено не было: только 60 пустых коробочек из-под ювелирных изделий и большое количество чемоданов, ящиков и нераспакованных коробок с вещами. Так и осталось неизвестным куда подевалось содержимое коробочек из-под драгоценностей: то ли Федорова сама избавилась от них, то ли их прихватил убийца. Однако если вторая версия верна, остался без ответа другой вопрос: почему преступник не взял деньги, находившиеся здесь же?

Осталось загадкой и то, каким образом убийца проник в квартиру жертвы. В равной степени можно было предположить, что актриса, узнав его в "глазок", сама впустила его к себе, либо он вошел туда незаметно, использовав дубликат ключей, сделанный им заранее. Вторая версия выглядит убедительней: видимо, в тот момент когда преступник входил в квартиру, Федорова разговаривала по телефону. Поэтому выстрел и застал ее врасплох. Вряд ли она стала бы разговаривать с кем-то по телефону, если бы рядом находился кто-то посторонний.

Сыщики выдвинули сразу несколько версий убийства. Приоритетными были четыре: убийство на почве "бриллиантового" бизнеса, с целью ограбления, по личным и политическим мотивам. Последняя версия отпала быстрее всех. Сыщики раскопали, что Федорова грозилась подать на эмиграцию из страны в случае, если ее не выпустят погостить у дочери в США, однако вопрос о том, кому было выгодно убивать ее за это, так и повис в воздухе.

Версия убийства с целью ограбления "хромала" по одной причине: следов активного поиска драгоценностей в квартире обнаружено не было. А что это за грабитель, который ничего в доме у жертвы не ищет? И хотя кое-какие вещи из квартиры пропали, однако сыщики быстро раскусили этот маневр преступника он явно имитировал попытку ограбления.

Третья версия - убийство по личным мотивам - тоже ни к чему не привела.