В Лозанне после обнаружения трупа Рейсса швейцарская полиция начала расследование по факту убийства. Сотрудники полиции не приняли во внимание подброшенное НКВД анонимное письмо, в котором сообщалось, что убитый занимался международной контрабандой оружия. После допроса Штайнер была установлена личность террористов и определены мотивы преступления — политическое убийство. К делу подключилась французская криминальная полиция, и расследование приняло другой оборот.
Двадцать второго ноября 1937 года комиссар криминальной полиции дирекции национальной безопасности Папэн Робэр произвел обыск в доме № 65 по улице Потэн в Париже, где проживали бывший белый офицер Сергей Эфрон и его жена Марина Цветаева, известная русская поэтесса. Документы, изъятые при обыске, неоспоримо свидетельствовали о том, что хозяин квартиры сотрудничал со спецслужбами СССР. Были также получены неопровержимые аналогичные доказательства по поводу эмигранта Вадима Кондратьева, работавшего разносчиком хлеба, таксистом, помощником наборщика и вдруг разбогатевшего. По представлению официальных швейцарских органов в Париже арестовали Лидию Грозовскую, сотрудницу советского посольства во Франции, через которую Рейсс отправил свое последнее письмо. Тогда же был арестован и некий Пьер Дюкоме, осуществлявший вместе со Штайнер слежку за Рейссом. Он провел двенадцать месяцев в предварительном заключении за «добровольное соучастие в преступлении». Итогом работы следствия был разгром «Союза возвращение на Родину».
Но организаторам убийства удалось скрыться. Судьба их сложилась по-разному. Сергей Михайлович Шпигельглас вернулся в Москву после похищения в Париже генерала Миллера и был отмечен руководством НКВД. Однако уже в 1939 году он был арестован по обвинению в шпионаже в пользу Германии и расстрелян.
С. Эфрон, Н. Клепинин и В. Кондратьев бежали после убийства Рейсса в Испанию, откуда позже выехали в СССР. Вскоре по прибытии в Советский Союз Кондратьев умер от туберкулеза, а Эфрон и Клепинин были арестованы и расстреляны как шпионы. И все же самая главная загадка в деле Рейсса состоит в том, что именно от него так быстро поспешили избавиться. Ведь были и другие перебежчики, грозившие выступить с разоблачениями советского режима, и очень многие из них умерли своей смертью. И потом, если в ходе ликвидации неугодного лица вскрывался след НКВД, операция считалась проваленной, а тут за проваленную операцию, вызвавшую шумную антисоветскую кампанию в зарубежной прессе и приведшую к арестам целого ряда агентов, были розданы ордена. По мнению историка-архивиста Никиты Петрова столь поспешное убийство Рейсса связано с тем, что он знал о тайных переговорах бывшего секретаря ВЦИК Енукидзе с немцами: в 1929 году с министром иностранных дел Штреземаном, в 1932 году — с военным министром Шляйхером и, наконец, в 1934 году — с заместителем Гитлера по партии — Гессом. Если верить дневниковым записям Литвинова, изданным на Западе в пятидесятые годы, Сталин как-то на заседании Политбюро спросил Литвинова, знают ли иностранцы о тайных переговорах с немцами. Он требовал предотвратить любую утечку информации. Узнав, что материалы о переговорах были у Рейсса, Сталин кричал Ежову: «Убейте его, или я убью того, кто не выполняет мои приказы». Разумеется, выжить после этого Рейсс не мог.