Le garde-sol Caleb Hughes est devenu le principal suspect le soir même grâce à des témoignages. Plusieurs femmes ont rapporté que Hughes leur avait fait des propositions sexuelles grossières pendant la fête, et d’autres ont rapporté que Hughes avait accordé une attention inhabituelle aux enfants lors de la fête, y compris Melissa. La police a visité son appartement pendant la nuit, où la femme de Hughes a coopéré avec la police. Toute la tenue des vêtements que portait Hughes au moment de la disparition a été retrouvée dans la machine à laver de Hughes, y compris ses chaussures (avec les côtés des semelles coupés, peut-être pour enlever les traces de sang), sa ceinture et une gaine pour un grand couteau. Ils avaient été immédiatement mis là pour être lavés par Hughes lui-même à son arrivée à la maison. La police les a saisis comme preuve. La police a également pris la berline Honda Civic rouge que Hughes possédait et a examiné le siège du passager à la recherche de preuves en fibres. Un examinateur polygraphique a conclu que Hughes a montré des preuves de tromperie lorsqu’il a été interrogé sur son rôle dans la disparition de Melissa.

La femme de Hughes, Carol, a joué un rôle clé dans l’enquête. Elle a signalé son arrivée du travail plusieurs heures plus tard que d’habitude et que le kilométrage supplémentaire figurait sur l’odomètre de sa voiture. Son mari a expliqué que le kilométrage était le résultat d’un voyage secondaire qu’il avait effectué pour acheter un paquet de bière de 6, puis prendre un trajet plus long pour rentrer chez lui. Hughes n’a jamais expliqué pourquoi il avait quitté son chemin habituel pour rentrer à la maison. En tout état de cause, son histoire était improbable car il prétendait être rentré chez lui vers 12h30 — les magasins d’alcool de Virginie ne vendent pas d’alcool après minuit selon la réglementation de l’État.

Des fibres ont été extraites du siège avant du véhicule. La victime avait été signalée comme portant une robe à gros oiseaux qui avait été achetée à J.C. Penney. Les enquêteurs ont obtenu une robe identique et ses fibres ont été comparées à celles trouvées sur le siège de la voiture de Hughes. Une correspondance a été trouvée entre la robe et les fibres de la voiture. On a également trouvé des poils d’un manteau de fourrure de lapin rare, porté par Tammy à la fête. Ces éléments de preuve indiquaient la probabilité que la victime était assise sur le siège du passager à un moment donné de la soirée.

Les enquêteurs étaient presque certains que Hughes avait tué Melissa. Bien que la loi de Virginie n’exige pas qu’un corps de la victime dépose des accusations de meurtre, la loi exige que les procureurs identifient le lieu du meurtre. En l’absence de cette preuve, Hughes a été accusé d’enlèvement avec intention de se souiller (c’est-à-dire d’enlèvement comme prélude à une agression sexuelle). La preuve en fibres a été essentielle pour établir cette accusation, car les procureurs ont soutenu qu’il n’y avait aucune raison innocente de retirer le manteau de la fille dans la voiture et de laisser ainsi les fibres vestimentaires. Hughes a été reconnu coupable d’enlèvement le 8 mars 1991 et condamné à 50 ans de prison.

Deux hommes sans lien avec les affaires Brannen ont tenté une extorsion via une demande de rançon de 75 000 $. Les hommes ont été arrêtés en collectant la rançon.Ils ont été condamnés à 7 ans 8 mois et 3 ans 10 mois.