盡管如此，特別調查小組還是將調查的重點集中在了錫克教徒恐怖活動組織和泰米爾猛虎組織身上。拉吉夫·甘地遇刺後的第三天，特別調查小組兵分兩路，一路去斯裏蘭卡，另一路則開赴旁遮普邦。
事實上，早在爆炸事件發生之前，印度聯邦調查局和反恐怖廳就已經將錫克教恐怖活動組織列入了重點調查和控製組織的範圍內，所以，針對它的調查也比較容易。特別調查小組清查了錫克教恐怖組織的大部分駐地和據點，並沒有發現與爆炸案有聯係的線索。這次爆炸事件從策劃和實施上看，顯然是一次組織周密的暗殺行動。隻要事件是人策劃的，就難免留下一些蛛絲馬跡。可在對錫克教恐怖組織仔細調查後，沒有發現與本案有關的線索。
就在這邊的調查陷入山窮水盡之時，另一路人馬的偵破行動卻取得了較大的進展。他們發現泰米爾猛虎組織很有可能是這次恐怖活動的罪魁禍首。
情報機構和警察部門在接到報告後立即趕赴斯裏佩魯姆布杜鎮，進行現場勘查、分析與取證，發現在這次爆炸案被炸死的18個人中，有兩個人被炸得最厲害。一個是拉吉夫·甘地，一個是一名婦女。這名婦女的身體被炸成兩截，後背有爆炸的痕跡。18具屍體中隻有她的屍體無人認領，顯然，她和爆炸案有著重要的聯係。
經化驗表明，凶手使用的可塑炸藥是美國生產的，名為“回旋加速亞甲基三硝基甲苯炸藥”。它在爆炸時會有成千上萬個直徑一毫米左右的子母彈飛出，殺傷麵積極大。而這種爆炸材料和刺殺方式，恰恰是泰米爾猛虎組織所常用的。一位被炸傷的國大黨官員說，在爆炸前5小時，這名婦女曾經和一個男子到出事地點察看過。該婦女膚色較白，像個混血兒，能說英語和泰米爾語。專家推測，這位身份不明的女人很可能就是向拉吉夫·甘地獻花的婦女。
焦點逐漸集中到了泰米爾猛虎組織身上。
在警察清理現場的時候，還發現了一盤具有決定意義的錄像帶，就是這盤錄像帶為確認凶手起到了關鍵性的作用。原來在拉吉夫·甘地到達現場的時候，攝像師已經支好了攝像機，將鏡頭對準了拉吉夫·甘地。但不久爆炸就發生了，攝像師本人被炸死，攝像機也被炸壞，但錄像帶卻完好無損。錄像帶真實地紀錄了爆炸發生的場景，幫助警方確定了那個向拉吉夫·甘地獻花的婦女就是這起爆炸案的製造者:當她彎下腰來準備對拉吉夫·甘地行吻足禮時，引發了爆炸裝置。最值得注意的是，她在接近拉吉夫·甘地的時候曾經回頭朝不遠處主席台附近的一個人看了一眼，似乎在接受什麼指令。而這個人，就是泰米爾猛虎組織的重要成員之一西瓦拉桑。
5月25日，印度警方在一個碼頭逮捕了一名叫向卡爾的泰米爾猛虎組織成員，從而使案件有了重大的突破。向卡爾是泰米爾猛虎組織派來謀殺斯裏蘭卡伊拉姆人民解放陣線領袖帕魯馬爾德的。他從刺殺拉吉夫·甘地現場拍攝的照片中認出了策劃謀殺帕魯馬爾的人，這個人就是西瓦拉桑。同時，他供認是用“C3RDK”炸彈殺死的帕魯馬爾，而這與炸死拉吉夫·甘地的炸彈相似。
8月20日，印度警方發現了西瓦拉桑等人的蹤跡，並將他們包圍在了班加羅爾以南的一個小村莊的房屋裏。經過25分鍾的激戰，警方衝進房間，發現屋裏的人已經全部死亡。屋內一共有7具屍體，其中西瓦拉桑本人是使用AK-47對準自己的太陽穴自殺身亡的，其他6人則是吞服氰化物自盡。加上在此之前在追捕過程中服毒自殺的人，在這一案件中自殺喪生的泰米爾猛虎成員已有20多人。
至此，參與暗殺拉吉夫·甘地的凶犯或被捕或自殺，案件的偵破告一段落。