L'ipotesi scartata del suicidio e la chiusura del caso

Il corpo venne portato presso l'Istituto di Medicina Legale di Roma, dove venne condotta l'autopsia: i medici affermarono che la probabile causa della morte sarebbe stata una «...sincope dovuta ad un pediluvio», concludendo che, con molta probabilità, la sfortunata ragazza aveva approfittato della gita al mare per mangiare un gelato (i cui resti furono rinvenuti nello stomaco) e fare un pediluvio in acqua di mare per alleviare una fastidiosa irritazione ai talloni di cui - a detta dei familiari - soffriva da qualche tempo. Per fare ciò, la Montesi si sarebbe sfilata scarpe e calze e, molto probabilmente, anche gonna e reggicalze, per poi immergersi in acqua, venendo tuttavia colta da un malore che il medico legale ricollegò al fatto che la ragazza si trovasse nei giorni del ciclo mestruale. Una volta scivolata in acqua priva di sensi, la Montesi sarebbe annegata.

La distanza tra Ostia (il presumibile ultimo avvistamento della ragazza) e il punto del ritrovamento venne giustificato sostenendo che fosse stato dovuto una complessa combinazione di correnti marine. Dall'autopsia emerse che la ragazza era ancora illibata e non aveva subito violenza (come evidenziato dal fatto che il volto era ancora perfettamente truccato e lo smalto sulle unghie delle mani intatto); in seguito tuttavia un altro medico, il professor Pellegrini, affermò che la presenza di sabbia nelle parti intime della ragazza poteva essere spiegata solo come conseguenza di un tentativo di violenza. Non vennero rinvenute tracce di stupefacenti o di alcool nel suo corpo.