Am 5. März 1879 entdeckte man nahe Barnes am Ufer der Themse eine Holzkiste. Sie barg menschliche Gliedmaßen, die vom Rumpf abgetrennt worden waren. Bei den darauffolgenden Durchsuchungen stieß die Polizei in jenem Haus in Richmond, aus dem Mrs. Thomas verschwunden war, auf Brandspuren, Werkzeuge und verbrannte Knochensplitter. Vor Gericht vermochten die Ärzte nicht zu sagen, woran die Frau gestorben war; wohl aber konnten sie beschreiben, was man ihrem Leichnam angetan hatte. Die Ermittlungen führten die Geschworenen zurück nach Vine Cottages Nr. 2, wo Kate Webster bei Julia Martha Thomas im Dienst gestanden hatte, und zu jener Kiste, die des Nachts auf die Brücke von Richmond geschafft worden war.
Thomas wohnte in Richmond und vermietete Zimmer in ihrem Haus. Webster war Ende Januar oder Anfang Februar 1879 bei ihr als Dienstmagd eingetreten. Als sie Anfang März wieder unter die Leute trat, stellte sie sich den Nachbarn als „Mrs. Thomas“ vor – eine Witwe, die soeben ein stattliches Haus in Richmond geerbt habe. Ihr Vater, so gab sie vor, rufe sie nach Irland zurück; man müsse die Möbel vor der Abreise zu Geld machen. Sie bat Henry Porter, einen früheren Nachbarn, ihr einen Makler zu vermitteln. Im Gasthaus zeigte sie ihm fünf kleine Ringe und Fotografien, die sie als Bildnisse ihres Vaters und ihrer verstorbenen Schwester ausgab – Erbstücke, wie sie beteuerte. Zu der Legende gehörten Möbel, eine bevorstehende Abreise und Familienpapiere; dazu gehörte auch ein sechsjähriger Knabe, den Webster alsbald der Ehefrau Porters anvertraute.
Die letzten Zeugen, die Thomas noch lebend gesehen hatten, datierten diese Begegnungen auf Ende Februar und Anfang März. Eine junge Nachbarin, Julia Nicholls, traf sie am Sonntagabend am Eingang des Bethauses. Thomas wirkte verstört und verließ die Andacht vor dem Segen. Elizabeth Ives, ihre Nachbarin in Richmond, sah sie am Samstag, dem 1. März, noch im Garten arbeiten. Danach blieben Vorsprachen an der Haustür ohne klaren Bescheid; die Auskünfte widersprachen einander. Webster behauptete, ihre Herrin sei ausgegangen; bald darauf verkündete sie, Haus und Mobilien seien verkauft. Mary Roberts, die wegen einer Ausbesserung des Daches vorsprach, hörte sie erwidern, der Schaden sei behoben; Webster fügte hinzu, man fege und putze gerade, da am Abend Gäste erwartet würden. Die Nachbarn vernahmen Geräusche von gerückten Möbeln, sahen Fuhrwerke mit Habseligkeiten abfahren und bemerkten, dass das Schild „Möblierte Zimmer zu vermieten“ verschwunden war.
Zum schwerwiegendsten Beweisstück der Untersuchung wurde eine mit Stricken verschnürte Holzkiste. In seinem Zeugnis berichtete Robert Porter, Webster habe ihn und seinen Vater aufgesucht und ihn daraufhin nach Richmond mitgenommen. Im Haus bat sie ihn, ihr beim Tragen eines Kastens zur Brücke zur Hand zu gehen. Sie gab vor, dort einen Bekannten treffen zu müssen. Die Kiste stand bereits gerichtet, verschlossen und zweifach mit Seilen umwunden. Porter packte an der einen Seite an, Webster an der anderen. An der letzten Nische der Brücke angelangt, hieß sie ihn, allein weiterzugehen: Ihr Bekannter werde sogleich eintreffen. Als er sich entfernte, vernahm er ein leises Klatschen im Wasser. Er wusste nicht zu sagen, ob das Geräusch von der Kiste herrührte oder von einem Lastkahn unter dem Bogen. Webster holte ihn ohne den Kasten ein und sagte, sie habe ihren Bekannten getroffen.
Robert ahnte damals nicht, was er da getragen hatte. Es war spät, der letzte Zug abgefahren, und Webster bot ihm an, im Haus zu nächtigen. Der Knabe gab an, die Nacht in einer Kammer über der Seitentür verbracht zu haben; am Morgen kehrte er mit einer Tasche voller Lebensmittel nach Hammersmith zurück. Seiner Mutter gegenüber erwähnte er die Kiste erst, als er in einer Zeitung las, dass ein Kasten mit menschlichen Leichenteilen im Fluss gefunden worden war. Da erst eröffnete er ihr, die beschriebene Kiste gleiche jener, die er getragen habe; John Church gegenüber hatte er den Vorfall bereits erwähnt.
Im Leichenschauhaus beschrieb James Adams ein Oberschenkelstück, das noch unverwest war, während andere Teile durch Wasser und Chemikalien zersetzt schienen. Frederick Bond, der zur Begutachtung der Reste herangezogen wurde, schilderte Knochen, die quer durchtrennt worden waren, ohne den Gelenken zu folgen, sowie Fleischpartien, die gekocht worden waren. Insbesondere fügte er ein Schienbein und einen Oberschenkel zusammen, deren Gelenkflächen zueinander passten; der Kopf fehlte. Adams hatte das Alter des Opfers anfänglich auf unter dreißig Jahre geschätzt; Bond hingegen hielt daran fest, dass die Frau über fünfzig Jahre alt gewesen sein müsse. Vor Gericht schloss sich Adams schließlich der Schätzung von über fünfzig Jahren an, räumte jedoch ein, dass die Überreste ein genaues Urteil kaum erlaubten. Keiner der Ärzte vermochte festzustellen, ob ein natürlicher oder ein gewaltsamer Tod vorlag.
Die Polizei durchsuchte Mayfield Cottages Nr. 2 in Richmond, auch als Vine Cottages bekannt. In der Asche unter einem Rost barg Inspektor Pearman verkohlte Knochen und Knöpfe. Er fand zudem ein Hackbeil im Kohlenkeller, ein Rasiermesser, ein zerrissenes Nachthemd, eine Laterne und unter dem Spülstein den Griff einer Kiste, der genau zu dem im Fluss geborgenen Kasten passte. Ein Strick gleicher Art lag daneben. An den Holzteilen einer Kammer, an der Tapete eines Treppenaufgangs und an der Wand der Speisekammer sicherte Pearman Spuren, die Bond als Säugetierblut bestimmte; dessen Herkunft ließ sich nicht ermitteln. Im kupfernen Waschkessel der Küche entdeckte er eine schwarze Fettmasse und eingeäscherte Rückstände.
Derweil veräußerte Webster das Mobiliar. Sie hatte Henry Porter nach Richmond geführt, um ihm das Haus zu zeigen, hatte ihn ersucht, einen Abnehmer zu finden, und schätzte den Wert des Hausrats gemeinsam mit John Church auf achtundsechzig Pfund. Church händigte ihr ein Schriftstück über diese Summe aus, doch die vor Gericht vorgelegte Quittung trug keine Unterschrift. Als Miss Ives sich am 18. März nach der Eigentümerin erkundigte, stieg Webster hinauf, raffte Kleider und einen Pelzmantel zusammen und verließ das Haus. Die Möbelpacker luden den soeben fortgeschafften Hausrat bald darauf wieder ab. In den folgenden Tagen halfen Church und Porter, die verbliebenen Reste zu sammeln; Webster hatte bereits Wäsche und Silberzeug in Churchs Haus geschafft.
Ende des Monats in Irland festgenommen, wurde Webster nach England überstellt. Auf dem Fährschiff erkundigte sie sich, ob wegen des Mordes bereits jemand in Haft sitze, und betonte, kein Unschuldiger dürfe für den Schuldigen büßen. In ihrem ersten Geständnis beschuldigte sie Church: Er habe Thomas erdrosselt, sie selbst mit einem Messer bedroht und sie gezwungen, die Kiste fortzuschaffen. Sie gab zu, beim Abtransport der Güter geholfen zu haben, bestritt jedoch, ihre Herrin getötet zu haben. Später wob sie die Anwesenheit Henry Porters in das Geschehen im Hause ein und schrieb Church und Porter Beratungen über den Verkauf des Hausrats und die den Nachbarn aufzutischenden Lügen zu.
Die übrigen Zeugen widersprachen mehreren der von Webster geschilderten Szenen. Robert Porter bestätigte zwar das Tragen der Kiste und das Klatschen im Wasser, verlegte den Vorfall jedoch auf einen anderen Tag als in ihrer Aussage angegeben. Elizabeth Ives bestritt, dass Webster ihr die Miete angeboten oder dass sie das Geld zurückgewiesen habe. Maria Church verneinte, Webster in der Morgendämmerung des 4. März gesehen zu haben, und wies die Darstellung zurück, Porter habe auf ihren Mann gewartet. Bei der Verhandlung stießen ihre Anschuldigungen gegen Church und Porter somit auf deren entschiedene Dementis, auf die in den Häusern sichergestellten Gegenstände und auf die Berichte über die Kiste auf der Brücke.
Am Ende der Verhandlung sprachen die Geschworenen Kate Webster schuldig. Als man sie zur Urteilsverkündung aufrief, wandte sie ein, sie sei guter Hoffnung. Ein Geschworenengericht aus ehrsamen Frauen vernahm eine Aufseherin aus Newgate sowie den Wundarzt Bond, der Webster untersucht hatte; man befand, sie sei keineswegs schwanger. Richter Hawkins verkündete daraufhin das Todesurteil.