Groundskeeper Caleb Hughes blev huvudmisstänkt samma kväll genom vittnesberättelser. Flera kvinnor rapporterade att Hughes gjorde grova sexuella propositioner till dem under festen, och andra rapporterade att Hughes hade gett ovanliga nivåer av uppmärksamhet mot barnen på festen inklusive Melissa. Polisen besökte hans lägenhet under natten, där Hughes fru samarbetade med polisen. Hela klädseln Hughes hade på sig vid försvinnandet hittades i Hughes tvättmaskin, inklusive hans skor (med sidorna på sulorna avskurna, eventuellt för att ta bort blodbevis), hans bälte och en mantel för en stor kniv. De hade omedelbart ställts där för tvätt av Hughes själv när han kom hem. Polisen beslagtog dem som bevis. Polisen tog också den röda Honda Civic sedan som Hughes ägde och undersökte passagerarsätet för fiberbevis. En polygrafgranskare drog slutsatsen att Hughes visade bevis på bedrägeri när han ifrågasattes om sin roll i Melissas försvinnande.
Hughes fru Carol var nyckeln i utredningen. Hon rapporterade sin ankomst hem från jobbet flera timmar senare än vanligt och också att extra körsträcka var på bilens vägmätare. Hennes man förklarade körsträckan som en följd av en sidresa som han tog för att köpa en 6-pack öl och sedan ta en längre väg hem. Hughes förklarade aldrig varför han hade kört ut ur sitt vanliga sätt att komma hem. Under alla omständigheter var hans historia osannolik eftersom han påstod sig ha kommit hem runt 12:30—Spritbutiker i Virginia säljer inte alkohol efter midnatt per statliga föreskrifter.
fibrer extraherades från fordonets framsäte. Offret hade rapporterats ha på sig en stor Fågelklänning som hade köpts från J. C. Penney. Utredarna fick en identisk klänning, och dess fibrer jämfördes med de som hittades på Hughes bil. En match hittades mellan klänningen och fibrerna i bilen. Hittade också några hår från en sällsynt kaninpäls, bärs av Tammy på festen. Detta bevis pekade mot sannolikheten offret hade suttit i passagerarsätet någon gång under kvällen.
utredare var alla utom vissa Hughes hade dödat Melissa. Även Virginia lag inte kräver en kropp av offret att lämna mordavgifter, lagen kräver åklagare att identifiera platsen för mordet. I avsaknad av detta bevis anklagades Hughes för kidnappning med avsikt att smita (dvs. kidnappning som ett förspel till sexuella övergrepp). Fiberbeviset var avgörande för att fastställa denna avgift, eftersom åklagare hävdade att det inte fanns någon oskyldig anledning att ta bort flickans kappa i bilen och därmed lämna klädfibrerna. Hughes dömdes för bortförande den 8 mars 1991 och dömdes till 50 års fängelse.
två män utan koppling till Brannen fall försökte utpressning via en $75,000 lösen efterfrågan. Männen arresterades för att samla in lösen.De dömdes till 7 år 8 månader och 3 år 10 månader.