事件発生直後から、北海道警察本部と管轄の江別警察署は大規模な捜査本部を設置し、全力を挙げた初動捜査を展開した。現場検証で採取されたDNA型や微物鑑定、さらに周辺の防犯カメラ映像を丹念にリレー分析した結果、容疑者グループの割り出しは迅速に行われた。
捜査の過程で決定打となったのが、被害者のキャッシュカードを用いた現金引き出しの動きだ。容疑者らは暴行の最中に被害者を脅迫して暗証番号を聞き出し、直後に市内のATMで現金を不正に引き出していた。この冷酷極まりない事実が防犯カメラの鮮明な映像とともに裏付けられたことで、単なる傷害致死事件ではなく、計画的かつ悪質な財物強取を伴う重大犯罪としての構図が確定した。
江別警察署による迅速な身柄確保と綿密な証拠収集は、容疑者グループによる口裏合わせや証拠隠滅の企てをことごとく粉砕した。北海道警察は押収した複数のスマートフォンからメッセージアプリの削除ログをデジタルフォレンジック技術で復元し、犯行前の通謀状況を完全に特定している。
