El 5 de marzo de 1879, se descubrió un baúl cerca de Barnes, a orillas del Támesis. Contenía fragmentos humanos desmembrados. En los registros posteriores, la policía halló restos calcinados, herramientas y diversos indicios en la casa de Richmond donde Thomas había desaparecido. Durante el juicio, los médicos forenses no pudieron precisar la causa de la muerte de la mujer; no obstante, sí lograron describir el trato infligido a su cadáver. La investigación condujo a los jurados al número 2 de Vine Cottages, donde Kate Webster había convivido con Julia Martha Thomas, y de allí a un baúl trasladado al amparo de la noche sobre el puente de Richmond.
Thomas residía en Richmond y alquilaba habitaciones en su vivienda. Webster había entrado a su servicio a finales de enero o principios de febrero de 1879. Cuando reapareció a comienzos de marzo, se presentó ante los vecinos como «Mrs. Thomas», una viuda que acababa de heredar una cómoda casa en Richmond. Su padre, según afirmaba, la reclamaba en Irlanda; era menester liquidar los muebles antes de partir. Pidió entonces a Henry Porter, un antiguo vecino, que le buscase un intermediario comercial. En la taberna, le mostró cinco sortijas y unas fotografías que hizo pasar por las de su progenitor y su difunta hermana, objetos que aseguraba pertenecer a su familia. La estratagema contaba con su ajuar, su partida y sus documentos familiares; contaba asimismo con un niño de seis años a quien Webster confió pronto a la esposa de Porter.
Los últimos testigos que vieron a Thomas con vida situaron el encuentro a finales de febrero y principios de marzo. Una joven vecina, Julia Nicholls, se cruzó con ella el domingo por la tarde a la entrada del templo. Thomas parecía inquieta y abandonó el oficio antes de su conclusión. Elizabeth Ives, vecina suya en Richmond, la vio trabajar en el jardín el sábado 1 de marzo. A partir de entonces, las pesquisas en la casa solo obtuvieron respuestas contradictorias. Webster aseguraba que su patrona había salido; no tardó en proclamar que había vendido la vivienda y su mobiliario. Mary Roberts, que acudió a tratar de una reparación en el tejado, la oyó responder que la gotera había cesado; Webster añadió que estaban limpiando en previsión de unas visitas aquella misma noche. El vecindario percibió trajín y mudanzas, vio salir bultos y advirtió que el cartel de «habitaciones de alquiler» había desaparecido.
La prueba más incriminatoria de la causa fue un baúl atado con una cuerda. En su declaración testimonial, Robert Porter relató que Webster había acudido a su encuentro junto con su padre y lo había conducido después a Richmond. En la casa, le pidió ayuda para acarrear una caja hasta el puente, pretextando que allí debía encontrarse con un amigo. El arcón ya estaba dispuesto, cerrado y ceñido con dos vueltas de soga. Porter asió un lado y Webster el otro. Al alcanzar el último descansillo del puente, la mujer le indicó que prosiguiera solo: su amigo estaba a punto de reunirse con ella. Al alejarse, el joven oyó un leve chapoteo en el agua. No supo si procedía del baúl o de una barcaza amarrada bajo los arcos. Webster lo alcanzó poco después sin el bulto y le aseguró que ya había visto a su amigo.
Robert no comprendió entonces qué acababa de transportar. Siendo tarde y habiendo partido ya el último tren, Webster le ofreció alojamiento. El muchacho relató haber pasado la noche en una estancia situada sobre la puerta lateral; por la mañana, regresó a Hammersmith provisto de una bolsa de víveres. No reveló a su madre lo concerniente al baúl hasta leer en la prensa que se había hallado en el río una caja con restos humanos. Le confesó entonces que el cajón descrito guardaba gran semejanza con el que él había cargado; ya con anterioridad había referido el suceso a John Church.
En el depósito, James Adams describió una porción del muslo aún fresca y otros restos alterados por el agua o por sustancias químicas. Frederick Bond, llamado a examinar los despojos, consignó huesos seccionados con sierra sin seguir las articulaciones y partes de carne hervida. Cotejó en particular una pierna y un muslo cuyas superficies articulares coincidían; la cabeza no apareció. Adams había estimado en un principio que la víctima podía tener menos de treinta años; Bond sostuvo que superaba los cincuenta. En la vista oral, Adams se sumó a la estimación superior a los cincuenta años, reconociendo no obstante que el estado de los restos impedía una determinación exacta. Ninguno de los facultativos logró dilucidar si la muerte había sido natural o violenta.
La policía registró el número 2 de Mayfield Cottages, en Richmond, conocido también como Vine Cottages. Entre las cenizas acumuladas bajo una rejilla, el inspector Pearman recogió huesos calcinados y botones. Halló asimismo una cuchilla de carnicero en la carbonera, una navaja de afeitar, un camisón desgarrado, una linterna y, bajo el fregadero, el asa de una caja que se ajustaba con exactitud al baúl recuperado en el río. Cerca de allí yacía una cuerda de idéntica manufactura. En la madera de una alcoba, en el papel pintado de una escalera y en el muro de la despensa, Pearman localizó manchas que Bond determinó como sangre de mamífero, si bien le resultó imposible precisar su origen. En la caldera de cobre de la cocina, descubrió una sustancia grasa ennegrecida y fragmentos carbonizados.
Entretanto, Webster procedía a la venta de los enseres. Había llevado a Henry Porter a Richmond para mostrarle la finca, le había encomendado buscar comprador y, en connivencia con John Church, había tasado los efectos en sesenta y ocho libras. Church extendió un documento por dicho importe, pero el recibo exhibido en el juicio carecía de firma. El 18 de marzo, cuando Miss Ives fue a inquirir por la propietaria, Webster subió a recoger varios vestidos y un abrigo de pieles, tras lo cual abandonó el inmueble. Los mozos de mudanza no tardaron en restituir los muebles recién retirados. En los días subsiguientes, Church y Porter colaboraron en reunir cuanto quedaba; Webster ya había remitido previamente ropa blanca y piezas de platería a casa de Church.
Detenida en Irlanda a finales de mes, Webster fue conducida de vuelta a Inglaterra. A bordo del barco, preguntó si había ya alguien preso por el crimen y afirmó a renglón seguido que un inocente no debía pagar por el culpable. En su primera declaración inculpó a Church: aseguró que este había estrangulado a Thomas, que la había amenazado con un cuchillo y la había forzado después a trasladar el baúl. Admitió haber auxiliado en la mudanza de los bienes, pero negó haber dado muerte a su ama. Más adelante añadió a su relato la presencia de Henry Porter en la casa y atribuyó a Church y a Porter conversaciones relativas a la venta del ajuar y a los embustes que convenía propalar entre el vecindario.
Los demás testigos contradijeron diversos extremos narrados por Webster. Robert Porter confirmó el acarreo de la caja y el sonido del chapoteo, pero situó el episodio en un día distinto al consignado en su declaración inicial. Elizabeth Ives negó que Webster le hubiese ofrecido la renta o que ella hubiese rehusado el dinero. Maria Church desmintió haber visto a Webster al alba del 4 de marzo y rechazó de plano la escena en que Porter habría aguardado a su marido. En la audiencia pública, las incriminaciones vertidas contra Church y Porter hubieron de medirse con los desmentidos de estos, con los efectos incautados en las viviendas y con el testimonio del baúl arrojado desde el puente.
Al término del proceso, el jurado declaró culpable a Kate Webster. Al ser requerida para escuchar su sentencia, alegó hallarse encinta. Un jurado de matronas tomó declaración a una carcelera de Newgate y al cirujano Bond, quien había examinado a la reo; el tribunal de mujeres dictaminó que no se hallaba en estado avanzado («quick with child»). El juez Hawkins pronunció entonces la condena a muerte.