Em 9 de junho de 2005, Van der Sloot e os irmãos Kalpoe foram presos por suspeita de seqüestro e assassinato de Holloway. A lei Aruban permite a prisão por suspeita grave por parte dos investigadores; para continuar mantendo o suspeito sob custódia, uma carga probatória crescente deve ser cumprida em revisões periódicas. De acordo com Dompig, o foco era sobre estes três suspeitos desde o "get-go". Dompig declarou que a vigilância dos três começou três dias depois que Holloway foi dado como desaparecido, e incluiu vigilância, escutas telefônicas e até mesmo o monitoramento de seus e-mails. Dompig indicou que a pressão da família de Holloway os fez parar a vigilância prematuramente e prender os três suspeitos. Na segunda-feira, 4 de julho, após audiências perante um juiz, Deepak e Satish Kalpoe foram soltos, mas Joran van der Sloot foi detido por mais sessenta dias.
Em 15 de abril de 2006 Geoffrey von Cromvoirt foi preso pelas autoridades Aruban por suspeita de delitos criminais relacionados ao tráfico de narcóticos ilegais que, segundo o promotor, poderiam estar relacionados com o desaparecimento de Holloway. Em sua primeira comparência no tribunal, sua detenção foi prorrogada por oito dias. No entanto, Von Cromvoirt foi libertado em 25 de abril de 2006. Além disso, outro indivíduo com as iniciais "A.B." foi preso em 22 de abril de 2006, mas foi libertado no mesmo dia.
Em 17 de maio de 2006, outro suspeito, Guido, filho de um ex-político arubano, foi detido na Holanda por suspeita de ajudar no sequestro, espancamento e assassinato de Holloway. Quem foi interrogado durante seis dias em Utrecht. Enquanto inicialmente os promotores Aruban procuraram sua transferência para a ilha, ele foi liberado por acordo entre o promotor e o advogado de Wever.
Com os investigadores Aruban citando o que foi descrito como evidência recentemente descoberta, Joran van der Sloot e Satish e Deepak Kalpoe foram rearresteados em 21 de novembro de 2007, sob suspeita de envolvimento em "homicídio involuntário e causando sérios danos corporais que resultaram na morte de Holloway". Van der Sloot foi detido pelas autoridades holandesas na Holanda, enquanto os irmãos Kalpoe foram ambos detidos em Aruba. Van der Sloot retornou posteriormente a Aruba e foi encarcerado.
Em novembro de 2007, Dave Holloway anunciou uma nova busca para sua filha, sondando o mar além das profundidades originais de 100 m (330 pés) nas quais haviam sido realizadas buscas anteriores. Essa busca, envolvendo um navio chamado Persistence, foi abandonada devido à falta de fundos no final de fevereiro de 2008, sem que nada de significativo fosse encontrado.
Em 30 de novembro de 2007, um juiz ordenou a libertação de Satish e Deepak Kalpoe, apesar das tentativas do Ministério Público de prolongar sua detenção. Os dois irmãos foram libertados no dia seguinte. A acusação apelou da libertação de Kalpoes. Esse recurso foi negado em 5 de dezembro de 2007, com o tribunal escrevendo: "Apesar das dispendiosas e longas investigações sobre seu desaparecimento e sobre as pessoas que poderiam estar envolvidas, o processo contra o suspeito não contém indicações diretas de que Natalee faleceu devido a um crime violento". Van der Sloot foi libertado sem acusação em 7 de dezembro de 2007, devido à falta de provas que o implicassem, bem como à falta de provas de que Holloway morreu como resultado de um crime violento. A acusação indicou que não iria apelar.
Em 18 de dezembro de 2007, o promotor Hans Mos declarou oficialmente encerrado o caso, e que nenhuma acusação seria apresentada devido à falta de provas. A acusação indicou um interesse contínuo nos Kalpoes e Joran van der Sloot (embora agora eles não sejam mais suspeitos legais), e alegou que um dos três, em uma mensagem de chat room, havia declarado que Holloway estava morto. Isto foi contestado calorosamente pelo advogado de Deepak Kalpoe, que declarou que a acusação, ao traduzir de Papiamento para o holandês, tinha interpretado mal uma referência a um professor que se tinha afogado como um a Holloway. O advogado Ronald Wix também declarou: "A menos que (Mos) encontre um corpo no banheiro de uma dessas crianças, não há mais como prendê-los no inferno".