A investigação, marcada por reviravoltas e falhas, prendeu em março, um ano após o homicídio, dois suspeitos de executar o atentado — o polícia militar aposentado Ronnie Lessa e o ex-policial militar Élcio Queiroz. No entanto, ainda não está esclarecido quem seria o mandante do crime.

Essa demora e a suspeita de que membros da força de segurança fluminense próximos a milicianos estariam agindo para atrapalhar as investigações levaram a ex-procuradora-geral da República Raquel Dodge a solicitar em setembro a federalização do caso, ou seja, que a investigação sobre os mandantes do crime passe às mãos da Polícia Federal e do Ministério Público Federal. A decisão cabe ao Superior Tribunal de Justiça e não há previsão de data para o julgamento.

O pedido de Dodge foi alvo imediato de críticas do governador do Rio de Janeiro, Wilson Witzel, e da família de Marielle Franco, que teme que a eventual federalização atrase ainda mais o desfecho do caso.

Apesar disso, a proposta passou a ter forte apoio do ministro da Justiça, Sergio Moro, e do presidente Jair Bolsonaro depois que o nome do presidente foi envolvido nas investigações em outubro. Segundo depoimento de um porteiro do condomínio Vivendas da Barra (Zona Oeste do Rio), onde Bolsonaro e Ronnie Lessa têm casa, Élcio Queiroz teria solicitado e recebido autorização para ir à residência do presidente no dia do assassinado da vereadora (14 de março de 2018), poucas horas antes do crime. O próprio porteiro, porém, depois alterou sua versão e disse ter se enganado.