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，找到了凶犯遺留的箭矢，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裏。
另外，他們在樹林周邊尋獲了行凶者馬匹逗留過的痕跡，尋到了藏匿的屍體，但是這些屍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，所以並沒有人看到事發經過。進而又排查的當日出南城的人員，守門的官吏報稱並沒有大股人群騎馬出城。
隨後他們又對周邊駐紮的軍隊進行了詢問，以為既然不是盜匪所為，能幹淨利落的殺掉百餘精銳護衛，就隻有軍隊能做到了。但是樞密院和兵部方麵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幹人等全部殺死，沒有使一人逃脫，出動的兵力至少要倍數於其，不可能就這麼悄無聲息的消失了。若是京中沒有藏匿之地，很可能就已經遠遁。但經過排查，隻有衛王府近日有前往草原收取租賦的大股隊伍離開。
不過他們並沒有放在心上，甚至是直接排出了，誰都知道鐵穆耳在南朝為質，雖說已經逃脫月餘，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，也沒有查出真凶，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：
一說始終查不出真凶，是因為此事就是大汗命人幹的。伯顏當下功高蓋主，為大汗忌憚，恐其日漸坐大，控製了朝政，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，暗地裏在京外布置了軍隊將其殺死，以絕後患。
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，隻是從身材和衣著上做出的判斷，根本無法斷定是不是真身。至於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。
還有人說，因為伯顏當年主持南下滅宋，讓南朝人極為忌憚。現在聽說大汗又遣伯顏南下主持河內軍務，擔心其會再領大軍攻宋，所以南朝小皇帝派出了一支精銳人馬潛入大都，趁伯顏離京的時候在野外對其展開伏擊，將其殺死後，割了首級回去複命，而他們早就連夜逃到清州，坐上接應的戰船從海上逃走了。
不論哪種版本的傳言都足以讓人感到恐慌，一時間朝堂之上變得靜悄悄，再無人敢當麵頂撞大汗，皆擔心成為伯顏第二。而居於城外的達官貴族們也紛紛遷入城中居住，他們擔心自己成為南朝報複的對象，那些曾經參加過攻宋的人更是小心翼翼，不僅加強了護衛，且非必要之事絕不出門。
真金知道這樣下去可不行，為表明自己的清白，下旨撥款對伯顏厚葬，同時追封淮王，諡號“忠武”，分別在大都和上都建忠武祠祭奠，其長子買的世襲八鄰部左千戶，嚴令繼續追查真凶。此外調兵入城加強防衛，遣兵日夜巡視。
真金也清楚這樣做尚不足以消除眾臣的疑慮，必須要盡快平息流言。於是遣賀惟賢拜訪了桑哥，其立刻會意。親自督辦伯顏被殺一案，很快得出了結果，在各部的努力下，查明伯顏是遭到南朝派遣的探子伏擊，遇刺身亡。一路刺客在逃亡途中被擋獲，當場殺死拒捕者三十餘人，擒獲二十餘人，繳獲被其割取的伯顏首級。
隨後真金下旨將擒獲的南朝探子押赴大都斬首示眾，命人將伯顏的首級送還家人，下旨斥責南朝不齒於人的暗殺行為，並發誓要進行報複，為伯顏複仇。這件事就此有了定論，再敢妄言者嚴懲不貸，此次謠言才被平息，但仍有人私下說送回伯顏府中的頭顱隻是一個骷髏，根本無從辨別真假。