Il corpo era accasciato sul volante dell'auto posteggiata in via Tezzano, nella zona della stazione ferroviaria. Sul posto è intervenuta la Squadra mobile per effettuare rilievi e indagini e ha ricostruito subito la dinamica, sulla base di alcune testimonianze.
La polizia si è messa alla ricerca di un uomo africano indicato come l'omicida. Il giovane, un senegalese di 27 anni, è stato arrestato e ha confessato di avere assassinato la Valenti al culmine di una lite perché lei aveva rifiutato di riallacciare la loro relazione. Gora Mbengue, bloccato in via del Plebiscito, non ha opposto resistenza. E subito dopo, ha rivelato di essere il responsabile dell'omicidio.
Dalla sua ricostruzione sarebbe emersa la premeditazione del delitto. Il senegalese, infatti, all'appuntamento con la donna aveva portato con sé un coltello. La vittima, che lavorava come impiegata in una ditta di mobili, aveva avuto una storia sentimentale con l'omicida, che abitava proprio in via Terrazzano, dove è stato commesso il delitto. Aveva poi deciso di lasciarlo, ma lui non si era rassegnato.