事件発生直後から、現場を管轄する警視庁竹の塚署および綾瀬警察署の捜査本部は、自動車運転処罰法違反（過失運転致傷）および道路交通法違反（ひき逃げ）の容疑で総力を挙げた初動捜査を展開しました。
捜査の決定打となったのは、都内全域に張り巡らされたNシステム（自動車ナンバー自動読取装置）と、民間の店舗や住宅に設置された事故現場周辺の防犯カメラです。複数のカメラ映像をリレー方式で解析した結果、フロント部分を損傷した不審車両の走行ルートが浮上。現場に残された破片の鑑定結果とも完全に一致し、逃走車両の割り出しは急速に進展しました。
