Raúl siempre fue el único sospechoso para la familia de su pareja y también para la policía. La madre del primer marido de Adolfina, informada por su nieta Argelys, intentó denunciar a Raúl por maltratar a la menor en Enero de 2014. Su denuncia, ilegible, fue rechazada en los juzgados, y no volvió a intentarlo ni nadie la llamó para interesarse. En aquel entonces la pareja iba a cumplir tres años de relación, y aunque no convivían juntos en el piso de Vallecas que Adolfina compartía con una compañera, la abuela Leonarda presionaba a Adolfina para que rompiera con Raúl. La relación se deterioraba por momentos y Adolfina y sólo pensaba en enviar a su hija Argelys de 9 años de vuelta a la República Dominicana.
El 29 de junio salía el vuelo, pero Argelys nunca se subió al avión. Madre e hija desaparecieron sin dejar rastro y al día siguiente la abuela Leonarda denunció la desaparición señalando a Raúl como sospechoso. El caso recayó en el grupo de policía judicial de la comisaría de Puente de Vallecas que arrancó la investigación investigando el entorno de las desaparecidas. A Raúl lo dejaron para el final, y cuando compareció como testigo en comisaría el 15 de julio, era un hatajo de nervios. Los policías perdieron la cuenta de las veces que pidió agua para continuar con su relato y constataron sus primeras contradicciones. La mentira más evidente era que Raúl sostenía que había visto por última vez a su pareja Adolfina y la hija de ésta, el 21 de junio. La mentira era tan grande que no tardaron en comprobar que Raúl comió con ellas justo el día de su desaparición. Tras el almuerzo las mujeres no fueron muy lejos, en la casa de Adolfina encontraron la maleta de la niña lista para partir, aunque lo más inquietante es que faltaba el colchón del dormitorio de la pequeña. Desde ese día Raúl contó con vigilancia especial, primero de manera disimulada luego dejándose ver para que el sospechoso sintiera el aliento policial en su espalda.
Volvieron a interrogarle y volvió a mentir. La policía se guardaba la carta de las localizaciones telefónicas. ¿Qué hacías en el pueblo de tus padres horas después de la desaparición de las chicas? le dijeron. "Fui a ver a mis padres", respondió. Los investigadores comprobaron que ese día los padres no estaban en el pueblo zamorano de San Vicente de La Cabeza. Los policías de la comisaría de Vallecas se dieron una vuelta por el lugar y siguieron reuniendo piezas del puzzle ya con la ayuda del grupo de homicidios y desapariciones de la Comisaría General de Policía Judicial. No querían detener a Raúl hasta que agotaran las vías de investigación. Lo hicieron el lunes 24 de noviembre. Raúl no tardó mucho en confesar que las había matado, lo hizo en presencia de su abogado y marcó el parque madrileño de la Dehesa de la Villa como el lugar donde se había deshecho de los cuerpos. Sin embargo, el teléfono de Adolfina marcó el día de su desaparición otro lugar mucho más lejano de la capital, el pueblo de San Vicente de la Cabeza.
Dicen los que le acompañaron a la Dehesa de la Villa que Raúl sorprendía por su fría actitud durante la búsqueda de los cadáveres de sus presuntas víctimas. Su abogado no decía gran cosa, los policías tampoco. Ya imaginaban que les engañaba y de manera simultánea estaban buscando en las cercanías de la casa familiar de Raúl en el pueblo zamorano. Después de marear la perdiz durante unas horas en Madrid, le llevaron hasta la casa de San Vicente de La Cabeza, y allí ante la perspectiva de un registro demoledor en la casa de sus padres, Raúl confesó que las había arrojado a un pozo cercano con restos de maquinaria junto a la boca del agujero. Los policías encontraron el pozo y dentro a las desaparecidas. Un primer vistazo revelaba que las víctimas habían sufrido golpes en la cabeza. El frío había conservado los cuerpos más de lo esperado. El miércoles 26 el juez envió a Raúl a prisión, sin fianza, a la espera del juicio por los asesinatos de Argelys y Adolfina. Los investigadores sospechan que Raúl actuó movido por los celos.