二甲基亚硝胺的确定，让事件升级为案件。4月10日，警方介入调查。
 
4月11日，警方两次找到林森浩谈话。然而，林森浩似乎应对冷静，并没向公安机关透露投毒一事。随后，警方在林森浩的笔记本电脑内找到了3月、4月20余次搜索浏览与N-二甲基亚硝胺相关网页，而林森浩的相关毕业论文早已于3月中旬完成。
 
4月12日零时10分许，警方正式传唤林森浩。这次的讯问笔录长达10页，林森浩首次承认投毒事实。
 
剧毒物的锁定并没能挽回黄洋年轻的生命。
 
4月16日，黄洋永远离开了深爱他的父母和亲友。
 
4月25日，上海市黄浦区人民检察院以涉嫌故意杀人罪对林森浩依法批准逮捕。
 
此后的7个多月时间里，林黄双方父母都奔走于各自儿子的法律或善后事宜；林森浩因涉嫌故意杀人一直被关押在看守所内。
 
2013年11月27日，复旦投毒案在上海市第二中级人民法院开庭审理。检方指控林森浩涉嫌故意杀人罪。检方认为，林森浩投毒源于和黄洋两人性格不合；加上3月初黄洋考博初试大捷，而林森浩此前申博遭同科导师婉拒，后因家庭等原因放弃考博，心中难受。各种嫉妒，集聚在一起，引发了投毒这一极端行为。林森浩则当庭否认了这一说法，认为事出巧合，是愚人节的玩笑。林森浩的辩护人则以林森浩主观上没有直接杀害黄洋的故意，属于法律上的间接故意，建议从轻处罚。
 
庭审历时7小时，法院进行了全程直播，全国50余家媒体参加旁听。庭审中，相较于黄洋双亲的痛哭无助和林父的寂静克制，林森浩的面无表情更让人印象深刻。林森浩三进三出法庭，甚至很少望向旁听席，虽然旁听席上有他近一年未见的亲人。