Si riapre il caso: l'indagine dei carabinieri

Il magistrato della sezione istruttoria della Corte d'appello di Roma, Raffaele Sepe, cominciò le indagini processuali, esumando la salma della Montesi e ordinando perizie ed interrogatori. Molte delle accuse a personaggi secondari e solo vagamente correlati alla vicenda caddero, ma da questa fase parve emergere un disegno preciso che avrebbe legato Piccioni, Montagna e i vertici delle forze dell'ordine romane.

Il 26 marzo 1954 il caso Montesi fu ufficialmente riaperto dalla Corte d'Appello di Roma. Piero Piccioni e Ugo Montagna furono arrestati, rispettivamente con l'accusa di omicidio colposo e di uso di stupefacenti il primo, e di favoreggiamento il secondo: furono inviati al carcere di Regina Coeli (Piero Piccioni otterrà la libertà provvisoria dopo tre mesi di carcere preventivo). Con loro venne arrestato il questore di Roma, Saverio Polito, imputato di favoreggiamento, e altri nove personaggi coinvolti nei fatti vennero imputati, tra cui il principe Maurizio d'Assia.

Il 19 settembre 1954 lo scandalo era tale che Attilio Piccioni si dimise dalle cariche ufficiali.