Dênis Casemiro foi localizado e preso pelo delegado Sérgio Fleury, em abril de 1971, quando foi levado para a Delegacia de Ordem Política e Social de São Paulo (DOPS/SP), onde morreu após ter sido torturado durante quase um mês. Há uma ficha do DOPS/SP que registra sua prisão, um relatório assinado pelo próprio Fleury, na qualidade de delegado adjunto, relatando supostas fugas e novo aprisionamento e, por fim, uma requisição para necropsia do corpo de Dênis Casemiro. Nesses termos, manifestou-se Waldemar Andreu, quando do seu em depoimento à Comissão da Verdade do Estado de São Paulo, ao afirmar ter visto e conversado com Dênis pela última vez no DOPS/SP na data de 18 de maio 1971. Segundo Waldemar, o objetivo das forças de repressão era executá-lo. Como na maioria dos casos de desaparecimento forçado, as circunstâncias do crime são ocultadas por documentos e datas falsas, versões inconsistentes e desencontradas. Na certidão de óbito de Dênis Casemiro, por exemplo, figura a data do falecimento como sendo 18 de maio de 1971, fato que pode ser considerado verossímel, visto que a requisição do exame da necropsia e do laudo do IML foram realizados no dia seguinte. O óbito, de acordo com essa documentação, teria ocorrido no Hospital das Clínicas de São Paulo e fora ocasionado por “hemorragia interna traumática” desencadeada por projéteis de arma de fogo. O exame necroscópico, feito pelos médicos legistas Renato Capellano e Paulo Gustavo Rocha, registra cinco “ferimentos pérfuro contusos”, nas seguintes regiões do corpo: tórax, em diferentes partes do abdômen, na mão (atestando também fraturas) e na coxa direita. Os médicos legistas concluíram que sua morte ocorreu “em consequência de anemia aguda consecutiva à hemorragia interna traumática”. A versão policial publicada sobre a morte de Dênis Casemiro foi construída pelo próprio delegado Fleury no dia seguinte à execução. Segundo depoimento de presos políticos da época, Dênis teria sido morto sob torturas, pelo delegado Sérgio Fleury. O laudo assinado pelo legista Renato Capelano apenas descreve a trajetória de projéteis, sem nada falar sobre como estava seu corpo. O relatório encontrado no DOPS/SP, assinado pelo Delegado Sérgio Fleury no dia 19 de maio de 1971, afirma que Dênis, ao tentar fugir, após ter sido preso por sua equipe, recebeu vários disparos efetuados a esmo, não tendo sido o mesmo encontrado naquele dia, mas somente no dia seguinte, ao serem notificados que o militante teria dado entrado na Santa Casa da Ubatuba. O relatório descreve, ainda, que, após tal notícia, seguiram para aquela localidade uma equipe desta delegacia, que, no caminho já encontrou-se acidentalmente com o delegado de polícia de Ubatuba, que, alertado pelo médico que atendeu ao fugitivo, vinha transportando o preso, para que fosse melhor medicado […] A equipe recebeu o preso e rumou com toda a pressa para esta Capital, a fim de que Dênis Casemiro recebesse no Hospital das Clínicas o tratamento de que carecia. Porém, lamentavelmente, ao se aproximarem […] o preso, não resistindo aos ferimentos recebidos, veio a falecer, tendo então sido entregue ao Necrotério do Instituto de Polícia Técnica para as providências de praxe. O corpo de Dênis Casemiro foi encontrado enterrado na vala de Perus como indigente, no Cemitério Dom Bosco, em São Paulo. A idade apontada no livro de registros do Cemitério era de 40 anos de idade, apesar de o atestado de óbito confirmar a sua idade correta, ou seja, 28 anos. Em 1990, a vala foi descoberta e encontradas 1.049 ossadas. De acordo com os registros do cemitério, pelo menos, seis presos políticos deveriam estar enterrados nessa vala, entre eles Dênis Casemiro. Seus restos mortais foram exumados no dia 4 de setembro de 1990, devolvidos aos familiares e enterrados em Votuporanga, no dia 13 de agosto de 1991.
Diante das investigações realizadas, conclui-se que Dênis Casemiro foi morto por agentes do Estado em contexto de sistemáticas violações de direitos humanos promovidas pela ditadura militar implantada no país a partir de abril de 1964. Recomenda-se a retificação da certidão de óbito, bem como a continuidade das investigações sobre as circunstâncias do caso, para a identificação e a responsabilização dos demais agentes envolvidos.