Na miejsce przybyli natychmiast śledczy, którzy wraz z dyrekcją ustalili, że na razie zaginięcie obrazu będzie utrzymane w tajemnicy. W miasto ruszyły specjalne oddziały poszukiwawcze, ale po kilku dniach afera wybuchła ze zdwojoną siłą, gdy w okolicy Luwru pewien Paryżanin znalazł porzuconą ramę. Ludzie oszaleli z żalu – wszyscy rzucili się do pomocy, przeszukiwano ulice, śmietniki, zaułki i podejrzane spelunki. Muzeum przeżyło prawdziwe oblężenie, tłoczono się przed opustoszałą ścianą, mało brakowało, by ludzie rozebrali ją cegła po cegle na pamiątkę. Przesłuchiwano wszystkich podejrzanych, nie oszczędzano nawet ówczesnych celebrytów i artystów. Pablo Picasso trafił na posterunek, przepytano go i zwolniono. Poeta Guillaume Apollinaire miał mniej szczęścia, gdyż już wcześniej przyłapano go na wynoszeniu z Luwru afrykańskich eksponatów. Teraz na wszelki wypadek zamknięto go na kilka dni i zrewidowano mieszkanie. Niestety, „Mona Lisa” przepadła jak kamień w wodę. Kolejne tropy prowadziły donikąd, policjanci pracowali dzień i noc, liczono, że tak słynny obraz w końcu „wypłynie”, gdy złodziej będzie chciał go sprzedać. Ale minęły dwa lata i obawiano się najgorszego, że zrobił to jakiś szaleniec, którego celem było tylko zniszczenie pięknego portretu.

Tymczasem we Florencji pewien antykwariusz, Alfredo Geri, jak zwykle poszedł do biura jednej z gazet, by jak zwykle zamieścić ogłoszenie, iż skupuje dzieła sztuki. Jakież było jego zdziwienie, gdy po kilku dniach otrzymał list od nieznajomego o nazwisku Leonardo Vincenzo, o następującej treści:

Mam skradziony obraz Leonarda da Vinci. Wydaje się, że należy do Włoch, ponieważ malarz był Włochem. Moim marzeniem jest zwrócenie tego arcydzieła ziemi, z której pochodzi, i krajowi, który był jego natchnieniem.

Antykwariusz skontaktował się z autorem listu i powiedział mu, że kupi obraz pod warunkiem sprawdzenia wcześniej czy jest autentyczny. Geri zresztą był przekonany, że raczej ktoś próbuje mu wcisnąć kopię dzieła. Jednak na wszelki wypadek na umówione spotkanie zabrał ze sobą dyrektora Galerii Uffizi, a także powiadomił policję. 11 grudnia w hotelu Albert Tripol-Italia przy via Panzani od wczesnego ranka kryli się policjanci w cywilu, a we foyer stali poddenerwowani antykwariusz i dyrektor. W pewnym momencie podszedł do nich niczego nie podejrzewający mężczyzna z walizką, z której jak gdyby nigdy nic wyciągnął autentyczne dzieło Leonarda. Natychmiast został otoczony przez tajniaków i aresztowany. Był to Vicenzo Perrugia, szklarz pracujący wcześniej w Luwrze przy oprawie obrazów. Na posterunku przyznał się do kradzieży twierdząc, że zrobił to z pobudek patriotycznych. Uważał, że dzieło Włocha powinno wrócić do Italii i skorzystał z okazji, gdy zobaczył, że „Mona Lisa” jest właściwie niepilnowana. Zdjął ją po prostu ze ściany, gdy nikogo nie było w pomieszczeniu, przeniósł na nieużywaną klatkę schodową, gdzie spokojnie zapakował płótno do wielkiego pudła i wyniósł na zewnątrz. Jako pracownik Luwru był nawet po kradzieży przesłuchiwany przez śledczych, ale nikomu z nich nie przyszło do głowy, że ten nijaki i niepozorny mężczyzna, mógł dopuścić się takiego czynu. W czasie procesu okazało się, że Perrugia próbował po kradzieży „patriotycznie” sprzedać obraz, więc tak do końca nie uwierzono w jego dobre intencje. Obecnie zaś uważa się, że działał na czyjeś zlecenie. Ostatecznie skazano go na rok więzienia, a wyszedł z niego już po siedmiu miesiącach.

„Mona Lisa” natomiast tryumfalnie objechała kilka włoskich miast, owacyjnie witana przez tłumy, by 4 stycznia 1914 roku wrócić na swoją ścianę w Luwrze. Zaś bohater całego zamieszania przeniósł się do Francji i został dość popularnym handlarzem obrazów. Zmarł 8 października 1925 roku.