事態の深刻化を受け、京都府警察は直ちに「京都小学生行方不明特別捜査本部」を立ち上げた。捜査員ら数百名体制で現場周辺の山林や河川敷、防犯カメラの映像解析を多角的に進めている。また、広域での逃走や移動の可能性も視野に入れ、警察庁との連携のもと近隣府県への情報提供呼びかけも強化された。
特別捜査本部には連日多くの情報が寄せられているが、決め手となる重大な手掛かりの発見には至っていない。警察は地元自治体やボランティア団体と協力し、児童が姿を消した時間帯に周辺を通過した車両のドライブレコーダー提出を広範に呼びかけている。
