La familia de Mari Luz sospechó desde el primer día de la desaparición de la niña de Santiago del Valle. No en vano el tío de la pequeña, Diego Cortés, horas después de darse la voz de alarma en El Torrejón entró en el portal donde residía el detenido llamó a la puerta del matrimonio y al no abrirle echó la puerta abajo. El propio Diego Cortés justificaba después su acción asegurando que la familia sabía que tenía antecedentes de pederastia, que la Junta le había retirado la custodia de sus hijos por abusar de su hija con el consentimiento de la mujer y que, por ello, había estado en la cárcel de Sevilla.

La sospecha de la familia de Mari Luz sobre el detenido y su esposa llevó a la Policía a tomarle declaración en Granada, ciudad a la que se fue al día siguiente de la desaparición de la niña, aunque la familia de la pequeña cuando ésta aún no había aparecido muerta sostenía que se debía investigar más, incluso si habían cogido un autobús en el momento de la desaparición de la niña, como el matrimonio había comentado a algún vecino. Mientras, una testigo "fiable" para los padres de Mari Luz aseguró haber visto a la menor a las ocho de la tarde del domingo 13 de enero, día de la desaparición, en un autobús de la línea 1 y en compañía de una gitana que gritaba insistentemente que dejara de llorar. Tras las primeras horas de incertidumbre llegaba la primera pista sobre el posible paradero de la niña que a la postre ha resultado ser falsa según el desenlace que se ha producido.

Con todo, el día después de la desaparición la Policía barajaba ya varias líneas de investigación, algunas de las cuales partían del propio entorno familiar y vecinal de la pequeña. Juan José Cortés e Irene Suárez habían permanecido durante varias horas prestando declaración. Así, la investigación comenzó a apuntar como principal sospechoso a Santiago del Valle y su familia. Los investigadores se dispusieron entonces a estrechar el cerco sobre este individuo, que abandonó el barrio con su coche el lunes, cuando la Policía iba a analizarlo con los perros.

El individuo en cuestión, Santiago del Valle, fue localizado en Granada, detenido e interrogado por la Policía, pero puesto en libertad sin cargos por no encontrarse ninguna prueba inculpatoria de la desaparición de Mari Luz. Entonces, aunque la familia mantenía abierta todas las hipótesis, confiaba en que la Policía mantuviese vigilado a este matrimonio, puesto que conocían que, después de Sevilla, habían escapado hacia Asturias, donde cometieron otro delito del que no quisieron dar detalles porque era muy grave y volvieron a Huelva.

El testimonio de otra vecina reaviva la hipótesis de que la pequeña desaparecida había estado con otras dos niñas antes de su desaparición. "Esperadme, esperadme" debía haber sido el último grito de Mari Luz antes de ser vista por última vez, según la testigo. Días después, la Policía registraba por segunda vez el piso del sospechoso.

Al parecer, tampoco pudieron extraer ninguna prueba concluyente ya que el escenario (la casa) estaba contaminada, según términos policiales, cuando la familia de Mari Luz irrumpió en la misma para comprobar que no se encontraba allí. El delegado del Gobierno en Andalucía, Juan José López Garzón, confirmaba que se había realizado una inspección ocular detallada de la vivienda del vecino.

A partir de ese momento, la Policía comenzó a buscar nuevas pistas en el trayecto que realizó la niña tras ir al kiosco a comprar chucherías, mientras el testimonio de otra personas que dijo ver cómo dos hombres se llevaron a la niña en una furgoneta blanca y se investigaba de nuevos a dos sobrinas del vecino sospechoso. En medio de este maremagno de hipótesis, los padres de Mari Luz pedían que se inculpara o descartase al sospecho. El martes fue detenido como presunto asesino de la niña.