Hakimler ve Savcılar Kurulu (HSK) kararnamesiyle Tunceli'ye atanan Başsavcı Ebru Cansu, Gülistan Doku dosyasını raftan indirerek detaylı bir inceleme başlattı. Soruşturmayı baştan ele alan Cansu'nun talimatıyla, 'Jandarma Dedektifleri' olarak bilinen Jandarma Suç Araştırma Timleri'nden (JASAT) oluşan özel bir ekip kuruldu. Bu ekip, Doku'nun kaybolmadan önceki ve kaybolduğu güne ait tüm KGYS ve PTS kayıtlarını topladı.
Dosyaya eklenen 700 saatlik yeni güvenlik kamerası görüntüleri titizlikle incelenirken, Gülistan'ın kafeye geliş ve gidiş güzergahları da netleşti. Kayıp dosyasından 'cinayet' soruşturmasına dönüşen süreçte, 14, 17 ve 24 Nisan tarihlerinde operasyonlar düzenlendi. Bu operasyonlarda toplam 17 şüpheli gözaltına alındı.
Operasyonlar sonucunda, aralarında dönemin valisinin oğlu Mustafa Türkay Sonel ile Gülistan Doku'ya son teması bulunduğu tespit edilen Erdoğan Elaldı'nın da bulunduğu birçok kişi 'kasten öldürme' suçundan tutuklandı. Ayrıca, hastane kayıtlarını sildiği iddiasıyla Bursa'da gözaltına alınan dönemin Tunceli Devlet Hastanesi Başhekimi Çağdaş Özdemir de 'resmi belgeyi bozmak, yok etmek veya gizlemek' suçlarından tutuklandı.
Soruşturma kapsamında Gülistan Doku'nun kaybolmadan bir gün önce, 4 Ocak'ta bir pastanede işe başladığı ortaya çıktı. Doku'nun, kaybolduğu 5 Ocak 2020 sabahı saat 08.13'te iş yeri sahibine "Ben artık gelimicem" şeklinde bir mesaj gönderdiği belirlendi. Pastane sahibinin ifadesine göre, Gülistan Doku 4 Ocak akşamı işten ayrıldıktan sonra bir daha geri dönmedi ve ertesi sabah işe gelmeyeceğini bildirdi.
