17 Şubat günü saat 18.31'de Merasim Sokak'ta askeri servis araçlarının geçişi sırasında gerçekleşen terör saldırısının ardından yapılan çalışmalarda önemli bulgulara ulaşıldı.
Buna göre, olaydan yaklaşık 1,5 ay önce Temelli'de inşaatta şef olarak görev yapan Kutbettin O. terör örgütü PKK'dan aldığı talimat üzerine İstanbul'da faaliyet gösteren hırsızlık şebekesi ile irtibata geçti. Hırsızlık şebekesi, üyeleri aracılığıyla Tekirdağ'da yaşayan ve kimliğini 15 yıl önce kaybettiğini iddia eden Tuncay A'nın kimliğini kullanarak bir şirketten araba kiraladı.
Otomobili İstanbul'a getiren şüpheliler, 34 plakalı aynı marka, model ve renkteki bir aracın plakasını taktı. Düzenlenen sahte evrakların ardından araç iki kez Diyarbakır'a götürüldü, daha sonra Metin A. tarafından Ankara'ya getirilerek Kutbettin O'ya teslim edildi. Örgüt üyesi Abdülaziz A. ise Diyarbakır'dan getirdiği patlayıcıları çalıntı araca yükledi.
Öte yandan saldırının gerçekleştirildiği aracı kullandığı belirtilen kişinin terör örgütü YPG üyesi Salih Neccar adına düzenlenen kimlikle Suriye'den Türkiye'ye giriş yaptığı ve örgüt tarafından Temelli'de bir inşaatta şef olarak çalışan Kutbettin O'nun yanına yerleştirildiği tespit edildi. Burada Ali ismini kullanan Neccar'ın yaklaşık bir ay örgüt üyesi Metin O'nun yanında işçi olarak çalıştığı belirlendi.
Saldırı günü kullandığı araçla İnönü Bulvarı'na gelen Neccar'ın örgüt üyelerinin yönlendirmesiyle beklediği noktadan çıkarak, askeri servis araçlarının arasına girdiği ve eylemi gerçekleştirdiği tespit edildi.
Olayın ardından önce askeri birliklerin kameralarını inceleyen polis, daha sonra MOBESE aracılığıyla arabanın marka ve modelini tespit etti.
Olay yerinde bulunan ceset parçalarından da saldırganın kimliğini belirleyen ekipler, yürüttükleri çok yönlü soruşturma neticesinde araç kiralama şirketi çalışanları ve kimlik bilgisi kullanılan kişi, hırsızlık şebekesi üyeleriyle örgüt mensuplarından oluşan 22 kişilik şüpheli listesi hazırladı.
Soruşturma aşamasında yakalanan şüphelilerin ifadeleri, aynı hırsızlık şebekesinin terör örgütü için geçmişte de araç temin ettiğini ortaya çıkardı. 
Bu arada olayın gerçekleştiği Merasim Sokak, saldırının ardından ikinci emre kadar kapatıldı. Sokağın patlama nedeniyle lojmanlarda meydana gelen hasarın tamirinin ardından tekrar yaya ve araç trafiğine açılacağı öğrenildi.
- Savcı DNA örneği istedi
Bombalı saldırının ardından Van'da yaşayan Musa Sömer, yayınlanan fotoğraflardaki saldırganın oğlu olduğunu iddia ederken, Ankara Cumhuriyet Başsavcılığının talimatı ile DNA örneği alındı.
- 14 tutuklama kararı
Soruşturma kapsamında, Kutbettin O. Adana'da, Metin A. Bolu'da, Tuncay U, Bülent T, Ersel Ç, Eren B, İzmir'de, Metin O, Abdülaziz A, Hayrettin T, Hüseyin K, Ahmet K. ve Muharrem C. Diyarbakır'da, Murat K, Hüseyin G, Serdar B, Mustafa B. İstanbul'da Tuncay A. Tekirdağ'da, Bahri D, Ankara'da Turgut K, Gaziantep'te, İsmail İ. Adapazarı'nda, Metin C. ise Düzce'de gözaltına alındıktan sonra hakim karşısına çıkarılmıştı. Ahmet Ç. ise emniyetteki işlemlerin ardından serbest bırakılmıştı. Mahkemeye sevk edilen 21 şüpheliden Kutbettin O, Metin A, Muharrem C, Hüseyin K, Hayrettin T, Metin O, Bahri B, Ahmet K, Mustafa B, Turgut K, İsmail İ, Metin C, Hüseyin G. ve Murat K. tutuklanmıştı.