Одно письмо она оставила перед отъездом у друзей, которым доверяла. Те поклялись сразу же передать его Орлову, как только он вернётся в Охотск. Ей и в голову не могло придти, что обыски пройдут по всему городу и письмо попадёт в руки следствия. Последующие письма, вложенные в чужой конверт, адресованный друзьям, обнаружил почтмейстер и передал начальнику порта, а тот – в следственную комиссию.
Письма молодой женщины преисполнены глубокой любви и тоски по дорогому человеку. В них беспокойство от неведения, где он находится, жив ли. Гибель компанейских судов была делом обычным. К этим переживаниям добавилась тревога об оставленной в Якутске дочери.
Из писем видно, что Наталья считала отцом своих детей Орлова. Одно из них заканчивалось так: «…Боже мой! Настанут когда эти минуты нашего свидания? Я теперь утешаю себя той мыслью, что ты теперь в походе, или уже в Охотске собираешься в дорогу ко мне, и с той мыслью с тобою прощаюсь. Занятие теперь моё всё для тебя, работаю с сыном, которым я не менее занята. Такой милашка, начинает ходить, теперь прости, друг мой! Уже до свидания, береги своё здоровье, которое всего для меня дороже на свете, прости, мой бесценный! Целую тебя тысячекратно, твоя верная до гроба, но главное моё утешение всякий день прочитываю твои строки и как будто поговорю с тобой, вот, мой ангел, всё моё утешение, в чём только я могу найти».
Обнаруженные письма Натальи Пахомовой были громом среди ясного неба для арестованных и большой удачей для Головнина. Начальник порта потирал от удовольствия руки. Теперь Орлова формально можно было судить за прелюбодеяние. Соответствующая статья в своде законов Российской империи имелась. В Отечестве старая истина гласит: был бы человек, а нужная статья всегда найдётся.
Прижатый неопровержимыми доказательствами в виде писем, Орлов сдался и подтвердил, что действительно с 1835 года состоял в любовной связи с женой исправника. К тому времени следствие вышло на человека, который стрелял в исправника, мещанина Ларионова, утверждавшего, что его подговорили на убийство Орлов и Васильев, пообещав за это пять тысяч рублей. Однако те упорно настаивали, что никакого отношения к убийству не имеют. Не помогли ни очные ставки, ни повторные попытки увещевания батюшки, который усердно помогал следствию.
Когда Орлов узнал, что Наталья Пахомова арестована, он прекратил отвечать на вопросы следствия и потребовал перевода его в Иркутск, заявляя, что даст показания лично генерал-губернатору. Никакие угрозы и убеждения на него не действовали. Условия содержания поручика на гауптвахте были таковы, что он заболел цингой и четыре месяца пролежал в местном госпитале.
Неизвестно, сколько бы всё это тянулось, если б не приезд в Охотск капитан-лейтенанта Николая Александровича Васильева, адъютанта светлейшего князя Александра Сергеевича Меншикова. Однофамилец стряпчего с чрезвычайными полномочиями побывал на Камчатке, где разбирался с многочисленными жалобами на местное начальство, и возвращался через Охотск в Петербург. Какие слова нашёл он для Орлова, неизвестно, но ему удалось то, чего не могла добиться комиссия, продержав его десять месяцев в ужасных условиях.
Поручик письменно признался в том, что однажды, находясь в гостях у Пахомова, влил ему в стакан с пуншем, но только не яд, как утверждал один свидетель, а опиум, чтобы тот уснул. Для чего, понятно. Но самое главное, он подтвердил, что подговорил Ларионова убить исправника.
Спустя три дня Орлов написал письмо капитан-лейтенанту Васильеву, похожее на исповедь. Вот оно, это письмо:
«Милостивый государь, Николай Александрович!
Я не хотел нарушать священного союза и старался скрыть любовь в душе, но да будет судьею тому Бог, разжегши таившуюся искру любви, которая вовлекла к гибельнейшим последствиям. Но поистине клянусь, я не был враг душою против себя подобного, не могу винить никого, но вполне виню себя. Первый я вовлёк невинную слабую жертву в ту же страсть, чему способствовало принуждённое супружество. Первый год, хоть и предавшись всей силой страсти, но надеялся я истребить уходом на зимовку на Курильские острова. Судьба определила противное, и вторичная зимовка в Охотске усугубила в полном смысле моё несчастие. Я хотел скрыть все последствия гибельной страсти, но беседа с Вами, милостивый государь, убедила меня в противном, чему я был не чужд, ибо до минуты признания терзала меня совесть. Не знал, на что решиться, слова Ваши врезались в душу, повинуясь всей силе законов…
Сознаваясь в преступлении, очищаю перед Богом и законом совесть, но надеясь на милость государя императора и на сострадание его светлости Александра Сергеевича.
Вот всё, что могу сказать ни к оправданию себя, ни к обвинению других, ибо я один виновник был и есть всему, чему гибельная страсть была причиною, не предвидя всего ужаса последствий.
Имею честь быть с истинным глубочайшим почтением, Ваш, милостивый государь, покорнейший слуга, Дмитрий Орлов».
Капитан-лейтенант уехал в Петербург, довольный. По делу об убийстве Пахомова арестовали шесть человек. И хотя в своих рапортах Головнину Орлов брал всю вину на себя, всех остальных этим он от ответственности не спас, и вряд ли тот же стряпчий оценил его «благородство».
Подвергнутая интенсивным допросам Наталья Пахомова после того, как ей предъявили признание Орлова и письма, которые она ему адресовала, призналась, что убила мужа. Видя, что Пахомов быстро поправляется, она не сомневалась, что исправник, сжигаемый чувством мести, докопается до организаторов покушения и Орлову грозит смертельная опасность. Уговорив лекарского помощника дать ей мышьяк, она подмешала порошок в кисель и дала его мужу, после чего тот вскоре скончался.