מחקירה ראשונית עולה, כי מטען נפץ שהוטמן ברכב התפוצץ וגרם להתלקחות הרכב בו נסעו השניים. ההערכה היא כי לפחות אחד מהשניים, נהג המכונית, נהרג במקום ובשל כך השליטה על הרכב אבדה והוא הועף למרחק רב מהכביש, עלה באש ונשרף כמעט לחלוטין. לוחמי אש וצוותי מגן דוד אדום שהוזעקו לזירת התפוצצות המכונית, החלו בפעולות לכבות את הלהבות ולנסות להציל את שני הנוסעים ברכב, אך הם נאלצו לקבוע את מותם.
לזירת התאונה הגיעו חוקרים ואנשי משטרה, שהחלו לבדוק את הנסיבות בהן עלה הרכב בלהבות. ההערכה שמדובר באירוע שהוא תוצאה של התפוצצות מטען נפץ, עלתה מהר מאד ואנשי מעבדה לזיהוי פלילי, החלו לאסוף ממצאים וראיות כדי להבין במדויק את ההתרחשות. חוקרי משטרה גבו עדויות מאנשים שהיו בסביבת המכונית שהתלקחה. ההערכה היא כי הרקע לאירוע הוא פלילי. עוד בטרם הושלם זיהוי שני הנרצחים, עלה חשד כי הם מוכרים למשטרה מעבירות להן היו שותפים.
הצוות הרפואי של בית החולים ניסה להמשיך את פעולות הצלת החיים, אך נאלץ לקבוע את מותו. חוקרי משטרה שהגיעו לזירת הרצח, החלו לאסוף ממצאים וראיות ולגבות עדויות מאנשים שהיו במקום. במקביל נפתחו פעולות מודיעיניות כדי לנסות לאתר חשודים המעורבים במעשה ולהביא אותם למעצר.
מפקד המחוז הדרומי ניצב חיים בובליל, שהגיע למקום, ביצע הערכת מצב עם כוחות השיטור שהיו במקום. הוא הטיל את החקירה על יחידת החקירות המרכזית במרחב לכיש של המשטרה, שפעלה במהירות והצליחה לעצור צעיר תושב אשקלון בן 27, החשוד במעורבות ברצח. הוא נלקח לחקירה במשרדי ימ"ר לכיש והבוקר תביא אותו המשטרה לבית משפט השלום בעיר, כדי לבקש את הארכת מעצרו.
התרעות פיקוד העורף