在真金的親自督導下，大都府、刑部和樞密院展開了調查。經過仔細勘察現場，找到了兇犯遺留的箭矢，一般出自朝廷的工匠所，或是各部奧魯營的皆會留有標記，但是這些箭矢上皆沒有任何標記，箭頭也是普通常用的樣式，這些不足以讓人判斷出自哪里。
另外，他們在樹林周邊尋獲了行兇者馬匹逗留過的痕跡，尋到了藏匿的尸體，但是這些尸體皆與伯顏一樣被割了腦袋，身上的衣服也沒有任何證明身份的標記。不過這正可排出是流竄京畿地區的盜匪所為，證明襲擊伯顏一行的人是有備而來，將可能暴露自己身份的痕跡全部抹去了，說這是一場有準備的謀殺。
與此同時，調查人員試圖找到目擊者，可事件發生時正是中午，天氣炎熱的時候，行旅這個時候一般都會找個陰涼的地方打尖、小憩，待涼爽時再上路，所以并沒有人看到事發經過。進而又排查的當日出南城的人員，守門的官吏報稱并沒有大股人群騎馬出城。
隨后他們又對周邊駐扎的軍隊進行了詢問，以為既然不是盜匪所為，能干凈利落的殺掉百余精銳護衛，就只有軍隊能做到了。但是樞密院和兵部方面在那日都沒有發出過調動兵力的公文，各軍也報告沒有派出軍隊去過事發區域周邊。
事情至此似乎走進了死胡同，可他們認為要想在短時間內將伯顏一干人等全部殺死，沒有使一人逃脫，出動的兵力至少要倍數于其，不可能就這么悄無聲息的消失了。若是京中沒有藏匿之地，很可能就已經遠遁。但經過排查，只有衛王府近日有前往草原收取租賦的大股隊伍離開。
不過他們并沒有放在心上，甚至是直接排出了，誰都知道鐵穆耳在南朝為質，雖說已經逃脫月余，但是至今沒有音信，是死是活都不知道，更不可能安排人手伏擊伯顏了。而這個時候離開京師也很正常，每年此時在京的王公大臣都會派人前往各自封地收取貢奉。
所以三方調查人員忙乎了十天，也沒有查出真兇，但期限已到。而此時朝野間各種流言四起，其中有三個版本流傳最廣
一說始終查不出真兇，是因為此事就是大汗命人干的。伯顏當下功高蓋主，為大汗忌憚，恐其日漸坐大，控制了朝政，當了權臣，甚至取而代之。大汗便罷了其職，將他趕出京去，明著說是去河內主持軍務，暗地里在京外布置了軍隊將其殺死，以絕后患。
二說伯顏是玩兒了個金蟬脫殼，因為對大汗罷免自己不滿，以假死脫逃投宋去了。這個傳言很有市場，因為始終也沒有找到其的首級，只是從身材和衣著上做出的判斷，根本無法斷定是不是真身。至于那些護衛其實是大汗派去監視他的，所以才把他們全部殺死，以免泄露行蹤，也正好混淆視聽。