Видимо, уверенность Хаарманна в собственной неуловимости настолько укоренилась в нем, что однажды он просто утратил всякую бдительность и осторожность. В один из июньских дней 1924 года он познакомился с неким юношей по фамилии Фромме, который сбежал из Берлина от своих родителей и теперь скитался по Германии. Хаарманн предложил ему пожить некоторое время у него, бездомный юноша с радостью согласился. Однако он не знал, какие услуги ему придется оказывать хозяину дома за этот приют. Тот же в первую их совместную ночь изнасиловал мальчишку.
Эта связь длилась несколько дней, после чего юноша Хаарманну надоел и он прогнал его прочь. Фромме в ответ потребовал денег за те специфические услуги, которые он оказывал. Это требование настолько взбесило Хаарманна, что он схватил наглого мальчишку за шиворот и собственноручно привел... в полицию. Это его и погубило.
В полицейском управлении Фромме чистосердечно рассказал о том, что с ним произошло. Полиция арестовала Хаарманна, и в тот же день произвела тщательный обыск. В результате в шкафах Хаарманна была обнаружена куча всевозможной верхней мужской одежды и белья, причем разных размеров. Хаарманн объяснил, что все это он выменял у разных незнакомых ему людей для последующей перепродажи. Его соседи подтвердили, что он действительно иногда занимался подобного рода делами. И все-таки полиция решила проверить все до конца и поместила в газетах объявления о том, что родственники пропавших без вести людей могут прийти и осмотреть вещи, найденные у Хаарманна. И толпы людей потянулись к зданию полиции.
Сенсация произошла 25 июля. Мать некоего Витцеля, без вести пропавшего в апреле, нашла костюм своего сына. А отец пропавшего опознал в одном из черепов, обнаруженных на берегу Лейне, череп Витцеля. Припертый к стене, Хаарманн на следующий день сознался в том, что он убил этого молодого человека. Сознался он и в других убийствах и даже указал место на берегу все той же речки Лейне, куда он сбрасывал останки расчлененных им жертв. Полиция обнаружила на дне реки кости, принадлежавшие 24 убитым людям.
В ходе следствия Хаарманн охотно контактировал с дознавателями и с необыкновенным энтузиазмом описывал в деталях свои жуткие преступления. Он просто упивался этими рассказами и, судя по всему, получал от этого удовольствие. "Сначала я сделал разрез на его груди, потом одним резким движением, раздвинул ребра... Всю кожу с головы я сдирал сразу..." и т. д.
Хаарманн рассказывал, что никакой брезгливости к трупам он не испытывал и бывало по несколько дней хранил их в квартирке. Причем прятал их в шкафу или под кроватью. Никакие кошмары по ночам его не мучали. Трупы он обычно расчленял на несколько частей, и это занятие доставляло ему гораздо меньше удовольствия, чем потрошение тел. Что касалось мяса убитых, то Хаарманн категорически отрицал то, что он употреблял его в пищу. Однако его соседи утверждали, что он часто предлагал им купить по дешевке "свинину" или "конину" и, если они отказывались, нес мясо на рынок.
По ходу дела выяснилось, что его любовником с 1919 года был некий Ганс Гранс, который, будучи на 15 лет моложе Хаарманна, полностью подчинил его себе, сделал своим рабом. Гранс был прекрасно осведомлен о преступных деяниях своего любовника и иногда даже пользовался этим. Однажды он увидел на улице модно одетого юношу и потребовал от Хаарманна, чтобы тот убил юношу, а его костюм отдал ему. "Но парень мне совсем не нравится", попытался возразить Хаарманн, однако его любовник был неумолим. "Зато мне нравится его костюм!"
И Хаарманн заманил юношу в квартиру, где сначала изнасиловал, а затем и убил. А одеждой несчастного завладел Ганс Гранс. Любопытно, что Хаарманн настолько всецело принадлежал этому человеку, что даже на следствии постоянно пытался выгородить его. Однако нашлось достаточно свидетелей, которые видели, как Гранс приводил к Хаарманну молодых людей, которые затем бесследно исчезали.
Судебный процесс над двумя чудовищами из Ганновера привлек внимание не только жителей Германии, но и жителей других европейских стран. Корреспонденты крупнейших газет съехались в этот город, чтобы освещать во всех деталях этот сенсационный процесс. Особую скандальность ему придавало то, что в деле были замешаны и некоторые высокопоставленные чины местной полиции. Для их изобличения в Ганновер прибыл из Берлина специальный представитель Вейс, который заставил покинуть свои посты нескольких офицеров полиции города. Отметим, что сам Вейс будет назначен начальником берлинского уголовного розыска.
Интерес к процессу был настолько велик, что на него прибыл ганноверский правительственный президент Носке, который с завидным постоянством присутствовал на всех заседаниях суда. Многие из зрителей пришли в зал заседаний с биноклями, будто в театр, однако возмущенный председатель суда решительно пресек эти "смотрины".
Суд над Хаарманном длился несколько дней и закончился справедливым приговором: Фритц Хаарманн был признан виновным в убийстве 24 человек и приговорен к смертной казни; Ганс Гранс был признан виновным в одном убийстве как соучастник и также приговорен к смертной казни. Оба приговоренных встретили приговоры без особенных эмоций, хотя Гранс в конце концов едва не расплакался. В своем последнем слове Хаарманн заявил: "Я человек с болезненными наклонностями. Какая польза была бы, если бы меня освободили? Ужасные вещи опять совершались бы. Расправьтесь со мной поскорее".