2006年6月，皮丘什金锁定了一个新目标——和他在同一家超市工作的女同事玛丽娜·莫斯卡尔约娃。他邀请莫斯卡尔约娃外出散步，最后在比茨维斯基公园内将其杀害。不知是出于什么考虑，莫斯卡尔约娃离开家前给儿子留下了一张纸条，上面写明自己和皮丘什金一同外出，还草草写下了他的手机号码。这成为警方侦破工作的一个突破口。警方还在莫斯卡尔约娃尸体所穿外套的口袋中找到了一张地铁车票，依据票面上的日期和时刻，他们调阅了地铁站的监控录像，发现当时皮丘什金和莫斯卡尔约娃的确在一起。
警方据此认定，皮丘什金有重大作案嫌疑。2006年6月16日，在救火车警报声的掩盖下，大批警察悄悄包围了皮丘什金居住的公寓。为了防止他跳窗自杀，身系绳索的突击队员首先从楼顶滑下，在窗口外严阵以待。随后，警察以察看火情为名骗开了房门，一拥而上将皮丘什金抓获。
对于自己犯下的累累罪行，皮丘什金并没有否认。警方从其家中查抄了一张手绘的国际象棋棋盘草图，其中的63个格子内标有不同的日期，这表明，他共作案63起。然而，在对比茨维斯基公园进行仔细搜寻后，警方只找到了49具尸体。
2007年9月13日，莫斯科一家法庭开始对“比茨维斯基公园连环谋杀案”进行审理。法庭采取陪审团定罪的方式，并向公 众开放审理过程，这在俄罗斯的刑事审判中是极为少见的。由于受害者人数众多，预计此案的审理将持续较长时间。俄罗斯目 前执行暂缓死刑的规定，如果皮丘什金系列谋杀的罪名成立，他将面临终身监禁的命运。
