Si l'on en croit madame de Sévigné, qui, par ses relations sociales, était à portée de connaître les particularités de cette épouvantable affaire, la Brinvilliers aurait aussi tenté plusieurs fois de se défaire de son mari par les procédés à son usage. «Elle voulait, dit madame de Sévigné, épouser Sainte-Croix, qui, ne voulant point avoir une femme aussi méchante que lui, donnait du contre-poison à ce pauvre mari: de sorte qu'ayant été ballotté de cette sorte, tantôt empoisonné, tantôt désempoisonné, il est demeuré en vie.»
D'après toutes les circonstances qui avaient accompagné la mort du père et des deux frères de la marquise de Brinvilliers, il était bien constant dans le public que ces trois personnes étaient mortes empoisonnées; mais les auteurs de ces crimes restaient enveloppés d'un profond mystère. On n'avait que des soupçons vagues, sans la moindre preuve, et souvent même fort éloignés de la vérité. Comment, en effet, oser faire la supposition qu'une jeune femme, belle, riche, bien élevée, sortie d'une famille recommandable, pût devenir capable de semblables forfaits?
Mais la Providence, qui, pour le repos de la société, laisse rarement le crime impuni, permit que cette horrible trame fût dévoilée.
Sainte-Croix s'exerçait toujours dans sa science des poisons. Un jour qu'il faisait une expérience de ce genre, le masque de verre qu'il avait, pour se garantir de la vapeur de ses drogues vénéneuses, tomba. Suffoqué par la violence du poison, il mourut à l'instant même. Cette mort d'un homme dont on ne connaissait pas la famille, et qui passait même pour n'en point avoir, rendit indispensable la présence du commissaire, qui vint apposer le scellé dans l'appartement du défunt. Lors de l'inventaire, on trouva une cassette qu'on ouvrit; et la première chose qui frappa les regards fut une feuille de papier écrite, dans laquelle Sainte-Croix suppliait très-humblement ceux ou celles entre les mains de qui tomberait cette cassette de vouloir la rendre en main propre à madame la marquise de Brinvilliers, demeurant rue Neuve-Saint-Paul; «attendu, disait l'écrit, que tout ce qu'elle contient la regarde et appartient à elle seule, et que d'ailleurs, il n'y a rien d'aucune utilité à personne du monde, son intérêt à part; et, en cas que la marquise fût plus tôt morte que moi, de la brûler et tout ce qu'il y a dedans, sans rien ouvrir ni innover, etc.» Cet écrit était signé par de Sainte-Croix.
Malgré cette injonction testamentaire, on passa outre à la vérification de la cassette; elle contenait des poisons de toute espèce, et l'inventaire qui en fut dressé eût été de nature à jeter l'épouvante dans des esprits faibles.
La marquise, fort alarmée quand elle apprit qu'on avait mis le scellé chez Sainte-Croix, prit la fuite, et passa en pays étrangers.
Lachaussée, ce domestique pervers dont on s'était servi pour empoisonner les deux frères de la marquise, s'alla jeter lui-même dans les filets de la justice; il eut l'impudence de former opposition au scellé, et cette démarche appela les soupçons sur lui. Bientôt instruit des découvertes qu'on avait faites au scellé, le trouble et les remords de sa conscience le trahirent. Arrêté, traduit successivement devant le châtelet et le parlement, il fut condamné, pour le double empoisonnement qu'il avait commis, à être rompu vif et à expirer sur la roue, après avoir été appliqué à la question ordinaire et extraordinaire pour la révélation de ses complices. La marquise fut condamnée par contumace à avoir la tête tranchée.
A la question, Lachaussée avoua tout. Dès lors les crimes de la Brinvilliers ne furent plus enveloppés d'incertitudes. L'affreuse vérité parut dans toute sa hideuse laideur. L'idée de cette empoisonneuse, dès qu'on y pensait, faisait horreur, et l'on ne prononçait son nom qu'en frémissant.
Elle s'était réfugiée dans un couvent de Liége. Un exempt, nommé Desgrais, fut envoyé pour l'arrêter. Pour ne pas causer de scandale, il se déguisa en abbé, se présenta à elle comme compatriote, lui rendit plusieurs visites; et, lui ayant parlé le langage de l'amour, qui fut écouté, il l'engagea à sortir de la ville pour faire une partie de promenade. Alors l'amant se changea tout d'un coup en exempt, arrêta la marquise, et, la laissant sous la garde de ses archers, il retourna au couvent, où il entra par un ordre du conseil des soixante. Il trouva sous le lit de la marquise une cassette à laquelle elle paraissait attacher beaucoup d'importance. Elle voulait qu'on lui rendît un papier qui s'y trouvait et qu'elle appelait sa confession: il formait quinze ou seize feuillets; c'était l'histoire de toute sa vie. Dès le premier article, elle s'accusait d'avoir fait mettre le feu à une maison; dans un autre article, elle confessait qu'elle s'était laissé débaucher dès l'âge de sept ans. Elle s'accusait non seulement de tous les crimes qu'on lui attribuait, mais encore de beaucoup d'autres dont on ne la soupçonnait pas. Elle essaya plusieurs fois de s'évader, mais ses tentatives furent inutiles. Plus troublée de l'horreur du supplice qui la menaçait que de l'horreur de ses crimes, elle voulut se donner la mort en avalant une épingle; mais elle fut détournée de son dessein par un archer. Transférée à la conciergerie à Paris, elle nia tout dans son interrogatoire, les lettres qu'elle avait écrites depuis qu'elle était arrêtée, la cassette de Sainte-Croix qu'on lui représenta, et la promesse de trente mille livres qu'elle avait faite à ce même Sainte-Croix.
Le parlement, indépendamment de la confession de La Brinvilliers, jugea qu'il y avait assez de preuves pour la condamner. Le corps des délits était bien constaté et conduisait facilement à connaître les auteurs des crimes, Sainte-Croix et la marquise. L'intérêt, le mobile de tant de crimes, les avait excités; la marquise voulait recueillir les successions de son père, de ses frères et de sa sœur: Sainte-Croix espérait disposer du bien d'une femme qui lui était livrée par une passion aveugle. Cette fatale cassette, qui contenait tant de poisons, était une pièce de conviction sans réplique.