Следующий свой визит подруга нанесла Федоровой около пяти вечера. Однако на ее настойчивые звонки никто так и не отозвался. Это было подозрительно, поскольку она заранее договаривалась с Федоровой о встрече в этот день. Чувствуя неладное, женщина отправилась к себе домой (благо она жила поблизости) и позвонила племяннику актрисы.
- Я сегодня дважды приходила к Зое Алексеевне, но оба раза мне не открыли дверь, - взволнованным голосом сообщила женщина. - А у нас сегодня должна была состояться важная встреча, и Зоя не могла никуда уйти. Мне кажется, с ней что-то случилось!
Последняя фраза заставила племянника немедленно отправиться на зов. К дому тети он прибыл около восьми вечера и, воспользовавшись ключом-дубликатом, открыл злополучную дверь. Когда он вошел в квартиру, его взору открылась страшная картина. Актриса сидела за столом, сжимая в руке телефонную трубку и запрокинув голову на спинку кресла. Левая часть ее лица была залита кровью. Женщина была мертва. Племянник бросился к соседям, откуда и произвел звонок на Петровку, 38. Спустя каких-то несколько минут к месту происшествия прибыли оперативники ближайшего - 123-го - отделения милиции и МУРа.
Согласно экспертизе, Федорова была убита из огнестрельного оружия. Убийца подошел к жертве сзади и выстрелил в затылок. Пуля вышла через глаз. Выстрел был произведен из пистолета бельгийского производства системы "Зауэр", модели 38, калибра 7,65 мм. В момент выстрела актриса сидела за столом, на котором в беспорядке находились различные предметы домашнего обихода, бумаги с телефонными номерами и адресами. Телефонная трубка была крепко зажата в руке убитой.