La zone de police qui couvre la commune de Châtelet a été avisée des faits le 31 mai 2019, peu avant 23 heures. La porte d'entrée avait été fracturée par le petit-fils de la victime qui avait été appelé par une voisine, et l'appartement était sens dessus dessous. Les policiers ont constaté des traces de lutte. 

À l'intérieur gisait le corps sans vie de l'octogénaire, frappée d'une cinquantaine de coups de couteau. Elle portait des traces de défense sur les bras. Une chose était certaine, la victime n'avait pas ouvert sa porte à un inconnu à cette heure de la nuit. 

La police a mené une enquête de voisinage et une voisine a déclaré avoir croisé un homme qui sentait fortement l'alcool dans les couloirs de l'immeuble. L'enquête a été confiée à un juge d'instruction et à la police judiciaire de Charleroi. Très vite, le prénom de Thomas est apparu car un témoin aurait entendu la victime crier "Thomas, arrête !"

Le juge d'instruction fut interpellé par les traces de coups sur le visage de la victime dont les yeux étaient tuméfiés et le nez brisé. Une paire de lunettes de soleil a été retrouvée sur les lieux, elle ressemblait à celle que portait Thomas Lesire sur une photo retrouvée dans son GSM. Interrogé, l'accusé confirme que ce sont bien ses lunettes. 

Le juge d'instruction a lancé une perquisition chez l'accusé qui n'était pas présent sur les lieux. Cependant, les enquêteurs ont retrouvé dans le tambour d'une machine à laver, un T-shirt, un short, une paire de chaussures et divers autres vêtements, qu'ils ont saisis. Ces habits ont été examinés par le laboratoire de la police judiciaire au moyen du produit réactif Bluestar. Ils ont été en contact avec du sang. 

Le 1er juin, à 05h29, Thomas Lesire est arrêté chez sa grand-mère, puis interrogé par la police et le magistrat instructeur qui le placera sous mandat d'arrêt. "J'ai eu en face de moi une personne éteinte, résignée", a déclaré le juge d'instruction devant la cour. Un mois plus tard, les policiers ignoraient encore quelle était l'origine de la dispute avec la victime et le mobile du crime. Pour l'accusé, ce n'était pas une question d'argent. "Il n'a pas nié la matérialité des constatations, mais il n'avait aucune explication", a commenté le chef d'enquête. 

Les policiers ont eu de nombreuses interrogations. Face à ces inconnues, la reconstitution "n'a pas pu se réaliser comme une vraie reconstitution" a déclaré le chef d'enquête.