Следствие установило, что каждому участнику покушения отводилась четко обозначенная роль. Так, Сергей Мусин "встречал" Старовойтову в питерском аэропорту. По телефону передал информацию Юрию Колчину, дежурившему у дома жертвы. Тот дал команду двум киллерам - Виталию Акишину и Олегу Федосову, переодетому в женское платье. После исполнения "заказа" они скрылись на автомашине, за рулем которой сидел Юрий Ионов. Анатолий Воронин выполнял роль "завхоза" - налаживал связь, добывал одежду и уничтожал ее после преступления. Все задержанные - земляки из города Дядьково Брянской области; большинство из них работали в частной охранной фирме в Санкт-Петербурге. Юрий Колчин на момент совершения преступления работал в Главном разведывательном управлении Минобороны.

Обвинительное заключение по этому делу составило более чем 600 страниц. Первое судебное заседание состоялось 5 января 2004 года.
1 июля 2004 года сотрудниками УФСБ был задержан и помещен в следственный изолятор петербургского УФСБ старший брат одного из подсудимых Игоря Лелявина Вячеслав, до этого проходивший по делу свидетелем.

7 июля 2004 года на процессе по уголовному делу об убийстве Галины Старовойтовой было названо имя одного из заказчиков этого преступления - коллеги Старовойтовой по Думе, бывшего депутата от партии ЛДПР Михаила Глущенко. На близость Глущенко и группировки указывало и то, что Юрий Колчин ранее был водителем у Глущенко. Однако процессуально эта близость доказана не была.
В июле 2004 года по оперативному международному поручению из России правоохранительными органами Бельгии был задержан подозреваемый в участии в подготовке и организации убийства Старовойтовой Павел Стехновский, который затем был экстрадирован в Россию.

30 июня 2005 года Петербургский городской суд вынес приговор по делу об убийстве Галины Старовойтовой. Организатор преступления Юрий Колчин и один из основных исполнителей Виталий Акишин приговорены к 20 и 23,5 годам лишения свободы соответственно. Для Колчина и Акишина гособвинитель требовал пожизненного лишения свободы с отбыванием первых 10 лет в тюрьме и последующего срока в колонии строго режима. Следствие признало Юрия Колчина руководителем преступной группы, Виталия Акишина - одним из двоих непосредственных убийц депутата. В ходе судебного процесса его опознал помощник Галины Старовойтовой Руслан Линьков. Следствие вменило Юрию Колчину в вину посягательство на жизнь государственного или общественного деятеля (статья 277 УК РФ) и незаконное хранение оружия (статья 222 УК РФ), Виталию Акишину - те же преступления и убийство (статья 105 УК РФ). Двоих подсудимых суд признал непричастными к убийству, а еще у двоих истек срок давности за недонесение о готовящемся преступлении.

Уголовные дела в отношении Павла Стехновского и Вячеслава Лелявина были выделены в отдельное производство, поскольку когда они были задержаны, суд уже рассматривал дело по обвинению шести человек в убийстве Старовойтовой. На этом процессе Стехновский выступал в качестве свидетеля. Такая же ситуация и со вторым обвиняемым, Вячеславом Лелявиным, который изначально проходил по делу как свидетель и был арестован уже после начала первого процесса. Стехновский, по версии следствия, участвовал в приобретении пистолета-пулемета "Аграм-2000", из которого убили Г. Старовойтову, а Вячеслав Лелявин организовывал прослушивание телефонных переговоров депутата.