在真金的亲自督导下，大都府、刑部和枢密院展开了调查。经过仔细勘察现场，找到了凶犯遗留的箭矢，一般出自朝廷的工匠所，或是各部奥鲁营的皆会留有标记，但是这些箭矢上皆没有任何标记，箭头也是普通常用的样式，这些不足以让人判断出自哪里。
另外，他们在树林周边寻获了行凶者马匹逗留过的痕迹，寻到了藏匿的尸体，但是这些尸体皆与伯颜一样被割了脑袋，身上的衣服也没有任何证明身份的标记。不过这正可排出是流窜京畿地区的盗匪所为，证明袭击伯颜一行的人是有备而来，将可能暴露自己身份的痕迹全部抹去了，说这是一场有准备的谋杀。
与此同时，调查人员试图找到目击者，可事件发生时正是中午，天气炎热的时候，行旅这个时候一般都会找个阴凉的地方打尖、小憩，待凉爽时再上路，所以并没有人看到事发经过。进而又排查的当日出南城的人员，守门的官吏报称并没有大股人群骑马出城。
随后他们又对周边驻扎的军队进行了询问，以为既然不是盗匪所为，能干净利落的杀掉百余精锐护卫，就只有军队能做到了。但是枢密院和兵部方面在那日都没有发出过调动兵力的公文，各军也报告没有派出军队去过事发区域周边。
事情至此似乎走进了死胡同，可他们认为要想在短时间内将伯颜一干人等全部杀死，没有使一人逃脱，出动的兵力至少要倍数于其，不可能就这么悄无声息的消失了。若是京中没有藏匿之地，很可能就已经远遁。但经过排查，只有卫王府近日有前往草原收取租赋的大股队伍离开。
不过他们并没有放在心上，甚至是直接排出了，谁都知道铁穆耳在南朝为质，虽说已经逃脱月余，但是至今没有音信，是死是活都不知道，更不可能安排人手伏击伯颜了。而这个时候离开京师也很正常，每年此时在京的王公大臣都会派人前往各自封地收取贡奉。
所以三方调查人员忙乎了十天，也没有查出真凶，但期限已到。而此时朝野间各种流言四起，其中有三个版本流传最广：
一说始终查不出真凶，是因为此事就是大汗命人干的。伯颜当下功高盖主，为大汗忌惮，恐其日渐坐大，控制了朝政，当了权臣，甚至取而代之。大汗便罢了其职，将他赶出京去，明着说是去河内主持军务，暗地里在京外布置了军队将其杀死，以绝后患。
二说伯颜是玩儿了个金蝉脱壳，因为对大汗罢免自己不满，以假死脱逃投宋去了。这个传言很有市场，因为始终也没有找到其的首级，只是从身材和衣着上做出的判断，根本无法断定是不是真身。至于那些护卫其实是大汗派去监视他的，所以才把他们全部杀死，以免泄露行踪，也正好混淆视听。
还有人说，因为伯颜当年主持南下灭宋，让南朝人极为忌惮。现在听说大汗又遣伯颜南下主持河内军务，担心其会再领大军攻宋，所以南朝小皇帝派出了一支精锐人马潜入大都，趁伯颜离京的时候在野外对其展开伏击，将其杀死后，割了首级回去复命，而他们早就连夜逃到清州，坐上接应的战船从海上逃走了。