Terörle Mücadele Şube Müdürlüğü ekiplerince gözaltına alınan Demirci, emniyetteki işlemlerinin ardından Ankara Adliyesine getirildi. Savcılık sorgusunun ardından, "terör örgütüne üye olma" suçundan tutuklanmasıyla Ankara 4. Sulh Ceza Hakimliğine sevk edilen Demirci, tutuklandı. 
Demirci'nin, sosyal medya hesabından, FETÖ'nün elebaşı Fetullah Gülen'e yakınlığıyla bilinen eski futbolcu ve milletvekili Hakan Şükür ve basketbolcu Enes Kanter'le yazışmaları ortaya çıkmıştı.  Atalay Demirci ifadesinde, Kanter, Şükür ile yazıştığını, bu kişilerle ara sıra görüştüğünü söyledi. 

Fetullah Gülen ile tanıştığını da kabul eden Demirci, "Tanıdığım abiler, Fetullah Gülen ile tanıştığımda bana 'Sen özel bir insansın, hoca efendi seni sevmiş, yoksa görüşemezdin' dediler" diye konuştu.