หลังเกิดเหตุระเบิดมีพยานระบุว่าเห็นผู้ต้องสงสัยขึ้นรถจักรยานยนต์รับจ้างจากซอยมหาดเล็กหลวงไปยังซอยสีลม ผบ.ตร.จึงต้องการให้คนขับรถจักรยานยนต์รับจ้างที่รับชายคนดังกล่าวเข้าให้ข้อมูลกับตำรวจ โดยจะปกปิดข้อมูลและดูแลความปลอดภัย ซึ่งหากพยานหลักฐานมีความชัดเจนอาจจะขอศาลออกหมายจับผู้ต้องสงสัยตามภาพถ่าย แต่เบื้องต้นพบผู้ต้องสงสัยเพียง 1 คน โดยตำรวจจะตรวจสอบภาพจากกล้องวงจรปิดย้อนหลัง 15 วัน เพื่อหาผู้ที่คาดว่าจะมีส่วนเกี่ยวข้องกับการกระทำผิดเพิ่มเติม
ผู้บัญชาการตำรวจแห่งชาติ ยังไม่ยืนยันว่าเหตุการณ์นี้เกี่ยวข้องกับการที่ประเทศไทยส่งชาวอุยกูร์กลับไปยังประเทศจีน และเรื่องการถอดยศ พ.ต.ท.ทักษิณ ชินวัตร อดีตนายกรัฐมนตรีหรือไม่ โดยไม่ตัดประเด็นใดทิ้ง แต่ตำรวจได้นำสำนวนคดีเหตุชาวอิหร่านก่อเหตุระเบิดที่ซอยสุขุมวิท 71 เมื่อปี 2555 มาเทียบเคียง ว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับคดีนี้หรือไม่ แต่ยอมรับว่า ก่อนหน้าสถานเอกอัครราชทูตสาธารณรัฐประชาชนจีนประจำประเทศไทย ประสานขอกำลังตำรวจไปดูแลเพิ่มเติม ซึ่งถือเป็นเรื่องปกติ ที่ตำรวจต้องดูแลทุกสถานที่สำคัญอยู่แล้ว พร้อมเพิ่มมาตรการตั้งด่านตรวจร่วมตำรวจ/ทหาร ทั้งในและนอกเครื่องแบบ เฝ้าระวังเหตุด้วย นอกจากนี้ยังสั่งการให้ตำรวจตรวจคนเข้าเมืองเฝ้าระวังกลุ่มบุคคลต้องสงสัยที่อาจหลบหนีออกนอกประเทศ