Получатся, что Каплан остановилась, а не «растворилась» в толпе на Серпуховке. Она не осталась на том месте, откуда стреляла в Ленина, то есть не выполнила договор с Семеновым — сознаться в совершенном преступлении. Она решила покинуть место покушения и дожидалась извозчика в условленном месте, но Новиков предал ее и умчался на приготовленном для Фанни лихаче, оставив её на произвол судьбы.
При задержании Каплан не сопротивлялась. Сразу после её задержания в Замоскворецкий военный комиссариат прибыл председатель Московского ревтрибунала Дьяконов. Он попросил трех женщин обыскать Каплан и подозреваемую в соучастии в покушении кастеляншу Попову. Удотова показала: «При обыске мы Каплан раздели донага и просмотрели все вещи до мельчайших подробностей… Были тщательно просмотрены ботинки, вынуты оттуда подкладки, вывернуты. Каждая вещь просматривалась по два и несколько раз. Волосы были расчесаны и выглажены. Но при всей тщательности осмотра обнаружено что-либо не было… Она стояла смирно и довольно покорно».
В 1919 году одна из женщин, обыскивавших Каплан, Зинаида Легонькая, по доносу осведомителя в связи с подозрением, что она стреляла в Ленина, была задержана. Ей было 23 года, она окончила реальное училище, вышла замуж, участвовала в Февральской и Октябрьской революциях, служила разведчицей на фронте. Но она смогла доказать свое алиби и дала дополнительные показания:
«При обыске найдено у Каплан в портфеле: браунинг, записная книжка с вырванными листами, папиросы, билет по ж.д., иголки, булавки, шпильки и тому подобная всякая мелочь, а во время того, когда её совсем раздевали догола, то не могу вспомнить, нашли чего-нибудь или нет».
Непонятно, о каком браунинге шла речь. Был ли у Фанни второй пистолет, или это ошибка Легонькой? Но в других документах дела этот пистолет не фигурирует. Когда начались допросы о покушении на Ленина, подозреваемых было двое — Каплан и Попова. Первой Дьяконов допросил Каплан, а затем Каплан и Попову повезли на Лубянку. В автомобиле Каплан сопровождал чекист Александров, в грузовом Попову охраняла Легонькая.
Туда прибыли нарком юстиции Курский, секретарь ВЦИК Аванесов, председатель ВЦИК Свердлов, член ВЦИК и коллегии ВЧК Кингисепп. Расследование возглавили зампредседателя ВЧК Петерс и завотделом ВЧК Скрыпник. Дзержинский в это время был в Петрограде и расследовал убийство Урицкого.
30 и 31 августа, 1 и 2 сентября 1918 года следователи ВЧК допросили более 40 свидетелей покушения, а в военкомате Замоскворецкого района 30 августа допросили 15 человек. Установили знакомых Каплан по каторге, на её квартире устроили засаду, но туда никто не пришел.
Браунинг, из которого Каплан якобы стреляла в Ленина, отброшенный под автомашину, сразу не нашли. Но 1 сентября 1918 года газета «Известия» опубликовала обращение, что «ЧК не обнаружен револьвер, из коего были произведены выстрелы в товарища Ленина и Комиссия просит лиц, коим известно о нахождении револьвера, немедленно сообщить Комиссии».
2 сентября к следователю Кингисеппу явился рабочий фабрики имени Савельева Кузнецов и принес браунинг № 150489, из которого, по его словам, стреляли в Ленина. В магазине пистолета находилось четыре неиспользованных патрона. В тот же день на месте покушения произвели одновременно осмотр и следственный эксперимент с фиксацией положение основных действующих лиц в момент покушения и места обнаружения гильз от браунинга.
Фотографом был Юровский, организовавший в Екатеринбурге расстрел царской семьи. Как и 1906 году, Каплан не выдала никого. В допросах принимал участие Свердлов. По его распоряжению Каплан перевезли с Лубянки в Кремль. Здесь Петерс провел очные ставки с бывшей каторжанкой Тарасовой и английским разведчиком Локкартом.
После расстрела Каплан и окончания следствия ВЧК освободила из-под ареста знавших её эсеров Д.С. и А.С. Пигит, Тарасову, Радзиловскую и Штальтерброт, Поповых и их знакомых Никишина и Семичева. О последних днях Каплан рассказано в книге бывшего коменданта Кремля Павла Малькова «Записки коменданта Кремля»: