A Fővárosi Bíróság a vád szerint Erdélyi által 1998 január-februárjában elkövetett négy emberölésből a csepeli kettősgyilkosságot látta bebizonyítottnak, egy VII. illetve egy IX. kerületi halálos bolti támadás ügyében azonban bizonyítékok hiányában felmentette a vádlottat. Így a bűnüldöző hatóságok sorozatgyilkosságra vonatkozó teóriája sem nyerhetett bizonyítást. A vád szerint a négy gyilkosság során az elkövető összesen alig több mint 50 ezer forintot zsákmányolt. Az ügyész mind a négy gyilkosság esetében a bűnösség megállapításáért és az elsőfokú ítélet súlyosításáért fellebbezett, a védelem pedig felmentésért. Így került az ügy másodfokon a Legfelsőbb Bíróság elé.
A Fővárosi Bíróság öttagú tanácsban, két hivatásos bíró részvételével tárgyalta az ügyet tekintettel a bizonyítás nehézségeire. A hatóságok nem találtak szemtanút, és a gyilkos fegyver - feltételezések szerint pisztoly - sem került elő. Erdélyi a nyomozás során hol beismert, hol tagadott, a bíróság előtt azonban már következetesen hangoztatta ártatlanságát, és korábbi vallomásait rendőri kényszerrel, fenyegetéssel magyarázta.
Az eljárás adatai szerint Erdélyi Nándor 1993-ban érkezett Magyarországra, ahol sikkasztás és bűnsegédként elkövetett bolti rablások miatt két büntetőeljárás indult ellene. 1994-ben megkezdte jogerősen kiszabott négyéves börtönbüntetésének letöltését. 1997. december 23-án azzal bocsátották feltételesen szabadlábra, hogy kiutasításának végrehajtásáig a kiskunfélegyházi közösségi szálláson kell tartózkodnia. Erdélyi azonban néhány nap múlva engedélyt kapott az eltávozásra, vissza pedig már nem tért a szállásra.
Erdélyi Nándort 1998. március 4-én vette őrizetbe az Országos Rendőr-főkapitányság, és március 10-én gyanúsította meg a bolti sorozatgyilkosságokkal. Erdélyi több részletes vallomásban, illetve a helyszíni szemléken is elismerte a rablógyilkosságokat, ám még a nyomozás során visszavonta beismerését, majd a visszavonást is visszavonta, a bírósági eljárás során pedig már következetesen tagadott.
Az eljárás során készített orvos szakértői vélemény szerint Erdélyi pszichopata, deviáns személyiség, kóros hazudozó, ez azonban büntethetőségét nem korlátozza. A Fővárosi Bíróságnak jobbára közvetett bizonyítékok alapján kellett megállapítania a tényállást. A 2000. novemberi ítélet indoklása szerint a csepeli kettős gyilkosságnál a vádlott bűnösségét - beismerő vallomása mellett - a fizikus-szakértői vélemény bizonyította. Eszerint mindössze egy a tízezerhez az esélye annak, hogy nem ugyanabból az üvegtáblából származnak a bűncselekmény helyszínén talált üvegcserepek és az Erdélyi Nándor ruházatából előkerült mikroszkopikus üvegszemcsék. Emellett a helyszínen és a vádlott ruházatában talált festékmaradványok is megegyeztek.
A másik két rablógyilkosság ügyében a bíróság nem látta kétségkívül bizonyítottnak a vádat, ezért abban nem mondta ki Erdélyi bűnösségét. A csepeli kettősgyilkosság azonban elegendő volt ahhoz, hogy Erdélyi Nándort több emberen, nyereségvágyból elkövetett emberölésben mondják ki bűnösnek. A vádban foglalt cselekmények az elkövetéskor hatályos jogszabályok szerint 10-től 15 évig terjedő, illetve 15 és 25 év között meghatározott életfogytiglani szabadságvesztéssel büntethetők. Erdélyi más nagy port felvert büntetőeljárásnak is szereplőjévé vált.
A rendőrség látókörébe úgy került 1998 márciusában, hogy maga jelentkezett a Teve utcai rendőrpalotában, és a Fenyő-gyilkossággal összefüggő információkat akart átadni a felajánlott milliós jutalom reményében. Mióta előzetes letartóztatásban van, Erdélyit tanúként hallgatták meg a bombagyárosként ismerté vált Dietmar Clodo büntetőperében.