Волков и Цицианов, составив список подозрительных смертей, заподозрили ее в умерщвлении 138 человек, из которых 50 официально считались «умершими от болезней», пропали без вести 72 человека, 16 считались «выехавшими к мужу» или «ушедшими в бега». Эти сведения были получены следователями преимущественно из арестованных ими счетных книг, которые Салтыкова вела чрезвычайно тщательно, занося туда даже взятки должностным лицам.
Следствие постоянно наталкивалось на нежелание многих допрашиваемых крестьян быть откровенными. Ничего удивительного: судьба многих жалобщиков ранее была весьма незавидна даже в тех случаях, когда показания официально фиксировались. Власти возвращали их владелице, где их ждали побои, а некоторых и Сибирь, куда с декабря 1760 года помещики могли ссылать своих крестьян и дворовых в обход каких-либо судебных процедур. Имелись и другие препятствия, связанные с активным противодействием Салтыковой следствию через многочисленных знакомых в московских чиновных кругах. Осенью 1763 года, через год после начала следствия, Волков обратился в Сенат с просьбой разрешить применение в отношении подследственной пытки и в отстранении ее от управления имениями и доходами с них. Второе было «учинено» (временным управляющим был назначен сенатор Сабуров), а вот в разрешении пытки Сенат отказал.
Пытка как следственное действие в России запрещена еще не была, но Екатерина всячески стремилась ее ограничить. В деле Салтыковой следователям было предписано ограничиться угрозой применения пытки, но на подследственную это не произвело ровно никакого впечатления. Гораздо более полезным в смысле получения информации был «повальный обыск» — сплошной опрос жителей Троицкого и московской усадьбы Салтыковой на Сретенке. Он проводился одновременно Волковым в Москве и Цициановым в Подмосковье. В общей сложности было опрошено более 450 человек. Были получены ценные и довольно точные сведения. К этому времени Салтыкова уже была взята под стражу, да и сам факт повального обыска убедил крестьян и дворовых, что за их хозяйку взялись всерьез.
Повальный обыск производился так: следователь или член суда, приехав на место, составлял список лиц, которые могли быть свидетелями. В список не вносились родственники подсудимых и люди, находящиеся у них в услужении. Подсудимые могли отводить избранных людей. Окончательно избранные окольные люди вызывались на место и там допрашивались с соблюдением тех же правил, что и свидетели. Оценка достоверности и силы их показаний также предоставлялась на усмотрение суда.
П.Курдюмов «Салтычиха»
В конечном итоге следователи сочли доказанными побои и пытки 75 человек, 38 из которых, в основном женщины, погибли. Отдельным сюжетом стало дело о покушении на жизнь дворянина — молодого офицера Николая Андреевича Тютчева (деда знаменитого поэта Ф. И. Тютчева), работавшего в комитете по межеванию. В 1760 году он занимался сверкой границ земельных владений Салтыковой, сделался ее любовником, однако позже предпочел жениться на другой молодой женщине, Пелагее Денисовне Панютиной. Разгневанная Салтыкова дважды посылала дворовых заложить самодельную бомбу под московский дом, где жил Тютчев с женой, однако исполнители робели и оба раза не доводили приказание до конца. Узнав о предполагаемом отъезде бывшего любовника из Москвы, мстительница организовала засаду, но кто-то из ее дворовых предупредил жертву анонимным письмом. Тютчев написал официальное заявление и получил охрану. Покушение не состоялось, но следы его подготовки Волков и Цицианов искали особенно тщательно, понимая, что в глазах судей оно может оказаться преступлением не менее весомым, чем истязание десятков крепостных. Следователям удалось не только собрать свидетельские показания, но и получить документы о приобретении Салтыковой пороха и серы. В результате «злоумышление на жизнь капитана Тютчева» станет отдельным пунктом обвинения.
Карьера у Николая Андреевича (1720–1797) не удалась. Он дослужился лишь до чина секунд-майора, но зато его хозяйственные успехи с лихвой компенсировали служебные неудачи. Тютчев и его жена постоянно покупали землю и крестьян и успешно вели судебные тяжбы с соседями по поводу спорных участков земли. Тютчевы стали людьми весьма состоятельными и владели 2717 крепостными душами.
В мае 1765 года, более чем через два с половиной года после начала, следствие было завершено, и дело передано в 6-й Департамент Правительствующего Сената (один из двух московских Департаментов).