La madrugada del domingo 26 de febrero de 2006, Paulina Lebbos salió del boliche "Gitana", en la zona del Abasto, acompañada por su amiga Virginia Mercado. Según la versión que Mercado dio a la justicia, ambas subieron juntas a un remís Fiat Duna color bordó en la avenida Alem. 

El vehículo se dirigió primero al departamento de Virginia, ubicado en calle La Rioja al 400, donde ella descendió, mientras que Paulina supuestamente continuó el viaje para encontrarse con su pareja, César Soto, en calle Estados Unidos al 1.200. Sin embargo, ese destino final se convirtió en un misterio, ya que Soto declaró posteriormente que la joven nunca llegó a su domicilio.

Ante la falta de noticias, la preocupación de la familia Lebbos comenzó a escalar durante el domingo. Durante los días subsiguientes, la investigación entró en una fase de caos y pistas falsas que Alberto Lebbos denunciaría como una maniobra deliberada de encubrimiento. Mientras la sociedad tucumana comenzaba a movilizarse espontáneamente en la Plaza Independencia y los estudiantes de la Facultad de Filosofía y Letras marchaban exigiendo su aparición, la policía ejecutaba rastrillajes que resultaban ser montajes. Una de las pistas que más resonó y luego fue descartada por la propia Justicia fue la de una fiesta en una casa de El Cadillal, perteneciente a Juan Alberto Kaleñuk, ex secretario privado del gobernador José Alperovich, en la que según las versiones Paulina habría muerto al caerse de una mesa en medio de un descontrol con alcohol y drogas.

En paralelo, se detectaron movimientos sospechosos en las comunicaciones. Años más tarde, pericias de la Policía de Seguridad Aeroportuaria (PSA) revelarían que entre el 25 y el 26 de febrero se produjeron más de 230 llamadas telefónicas desde el entorno de Sergio Kaleñuk, hijo del asesor del gobernador. Además, se descubrió que el chip del teléfono de Paulina fue activado poco después de su desaparición, y que las celdas de comunicación ubicaban el aparato en zonas frecuentadas por los sospechosos vinculados al poder. Estas pruebas técnicas, sin embargo, fueron omitidas o desviadas durante los primeros años de la instrucción judicial.

La búsqueda terminó de la peor manera el sábado 11 de marzo, cuando el cuerpo de Paulina fue hallado a la vera de la ruta 301, en la zona de Tapia. El hallazgo no fue mérito de la policía, sino de dos jóvenes de la zona, aunque el Jefe de Policía Sánchez intentó adjudicarse el logro ante la prensa con una puesta en escena. Al llegar al lugar, Alberto Lebbos se encontró con un escenario de "desastre": una multitud de personas pisoteando el terreno sin cintas de preservación y una autobomba de bomberos arrojando agua sobre el cuerpo, en lo que se denunció como un intento por borrar huellas y evidencias genéticas.

El estado del cadáver reveló la violencia del crimen y el tiempo transcurrido, pero también despertó nuevas dudas. Alberto reconoció a su hija por un codo, pero notó con horror que su cabellera había sido rasurada o se encontraba ausente, y que el cuerpo estaba dispuesto como si hubiera estado atado. Luego se confirmaría que la joven hallada al costado de la ruta era Paulina.