1978年12月11日晚上11点多，德斯普兰斯的警方接到报案，报警者叫伊丽莎白，她告诉警方自己15岁的儿子罗伯特·皮斯特失踪了。失踪前，罗伯特曾在一家位于德斯普兰斯的药店里打工。白天时，伊丽莎白还开车去药店接儿子回家庆祝生日，但罗伯特却对她说，他偶然从一个包工头那里得知，有一份可以赚更多钱的工作，他需要去包工头家里讨论一下新的工作。离开前罗伯特还对母亲说，自己很快就会回家。
伊丽莎白回家后一直在等罗伯特回来，结果等到晚上11点，罗伯特还是没有回家，她突然有了不好的预感，于是立刻报了警。
第二天，警方来到药店进行调查。药店老板告诉警方，昨天曾有一个名叫约翰·韦恩·盖西的包工头来店里和他商讨工作的事情，当时罗伯特似乎听到盖西正在找假期工。警方立刻找到了盖西，盖西不仅否认自己与罗伯特谈过话，在被要求到警察局做笔录时，他还谎称自己的叔叔过世了，不得不晚几天去警察局。
12月13日凌晨，盖西来到了警察局，他全身都是泥巴，对警察说自己遇到了车祸。在做笔录的时候，盖西坚持否认自己与罗伯特失踪案有关，也从未给罗伯特提供过工作。不过警方并未相信盖西的话，随后就申请了搜查令。
后来，警方带着搜查令来到了萨默代尔大道西8213号，这里是盖西的住所。警方在搜查的过程中发现了大量可疑的物品：一个高中毕业纪念戒，上面刻着“JAS”；不同的驾照；手铐；关于男同性恋和娈童的书籍；一件与盖西身量不符的衣服；罗伯特工作的药店的收据。
之后，警方暂时扣押了盖西的奥兹莫比牌汽车和他公司的其他机动车，同时派人跟踪监视盖西的一举一动。第二天，警方得知了另一条更加可疑的消息：一年前，在一条伊利诺伊州的河流中发现的两具尸体中，有一名死者曾是盖西公司的员工，名叫查尔斯·哈图拉。
12月15日，警方在调查盖西的个人资料时发现他是个有作案前科的人，曾因虐待和强奸一名青少年被判刑。
后来警方确认在盖西家中发现的那枚纪念戒属于一个失踪的男学生约翰·A。西茨。约翰曾有一辆汽车，与盖西一名员工开的汽车十分相似。警方通过调查发现，这辆汽车的原主人的确是约翰，在约翰失踪后，盖西将汽车卖给了自己的一名员工，还对员工说，车主人急需一笔钱到加利福尼亚州。
12月17日，警方在盖西的奥兹莫比牌汽车中找到了一小撮类似人类头发的纤维，立刻将这些纤维送去进行了检查。检查结果显示，这是罗伯特的头发。
当盖西意识到自己正在被警方跟踪和调查后，就去找了个律师，他对律师萨姆·阿米兰特说，警方的调查工作已经严重干扰了自己的生活，他要控告警方。盖西对警方的态度也十分恶劣，看到警察后会破口大骂，说警察就是一群白痴。有时候，盖西也会表现得很配合，他在外出时会将自己的行程主动告诉跟踪的警察。但警方怀疑，盖西这么做只是为了摆脱嫌疑。
随着警方调查工作的深入，盖西越来越慌张。12月20日，盖西去找自己的律师萨姆，见面的第一句话就是要萨姆给他一瓶酒。在与萨姆的交谈中，盖西表现得很不正常，他指着一份《每日先驱报》对萨姆说，报纸上那名失踪的男孩已经死了，尸体就在河里。
警方一直密切关注着盖西的一举一动，警方发现盖西变得越来越反常，他似乎知道自己即将被捕。
一天，警察跟着盖西的汽车来到了加油站。盖西在给汽车加过油后给了加油工兰斯·雅各布森一小包大麻。兰斯立刻将大麻交给了警察，并对警察说，盖西看起来很不正常，他在将大麻递给自己时还说：“我的末日就要来了，这些人会杀死我。”
