Noch in der Nacht des Anschlags gründete die Polizei die „Sonderkommission Theresienwiese“ und nahm die Ermittlungen auf. Da der Verdacht eines terroristischen Attentats bestand, übernahm federführend der Bund unter Generalbundesanwalt Kurt Rebmann die Ermittlungen. Der damalige Ministerpräsident und Kanzlerkandidat Franz Josef Strauß machte derweil noch am Tatort die RAF für das Terrorverbrechen verantwortlich – eineinhalb Wochen vor der Bundestagswahl. Doch schon am Tag nach dem Anschlag musste Strauß zurückrudern.
Denn seine noch am Tatabend geäußerten Vermutungen, die RAF trage die Verantwortung für das Attentat, fielen schnell in sich zusammen. Der Attentäter, Gundolf Köhler, wurde bereits am Samstag, dem Tag nach der Tat, identifiziert. In Folge der Personenfeststellung wurden auch dessen rechtsextremen Verstrickungen (siehe Artikel „Das Attentat“) bekannt. Daraufhin wurde in den Tagen nach dem Attentat mehrere Hausdurchsuchungen bei Mitgliedern der Wehrsportgruppe Hoffmann (WSG) durchgeführt, unter anderem bei Karl-Heinz Hoffmann selbst, und einige Mitglieder verhaftet. Bei den Hausdurchsuchungen wurden Waffen, Sprengstoff und neo-nazistische Schriften sichergestellt. In Folge dieser ersten Ermittlungsergebnisse trat der bayrische Innenminister, Gerold Tandler, bereits am 29. September 1980 vor die Presse und machte die WSG für das Attentat verantwortlich.
Noch am nächsten Tag jedoch wurden die festgenommenen Mitglieder der WSG allerdings wieder aus der Haft entlassen. Eine Verbindung zur Tat konnte ihnen nicht nachgewiesen werden. Auch Tandler ruderte zurück: die WSG wäre nicht beteiligt gewesen, es sei die Tat eines Einzelnen gewesen. Die Einzeltäterthese war geboren und sollte in der Folge die Ermittlungen dominieren. Sowohl das Landes- als auch das Bundeskriminalamt kamen in ihren Abschlussberichten zum Schluss, dass Köhler die Bombe alleine gebaut und gelegt habe. Eine Beteiligung der WSG wurde, trotz des deutlichen Anfangsverdachtes, in beiden Berichten ausgeschlossen. Stattdessen werden persönlicher Frust und Liebeskummer Köhlers als Tatgründe dargestellt.
Diesen Ermittlungsergebnissen stehen jedoch zahlreiche Aussagen von Zeug*innen entgegen. Sie hatten Köhler kurz vor der Tat in Begleitung mehrerer Männer gesehen, mit denen er in hitzige Gespräche verwickelt war. Ihre Aussage wurden jedoch nicht ernst genommen und der Tathergang als erwiesen angesehen. Dieser Logik folgend wurden 1997 auch alle Asservate zum Fall vernichtet.
Doch für die Öffentlichkeit war der Fall keinesfalls abgeschlossen. Zwischen 1982 und 2014 wurden drei Anträge auf Wiederaufnahme des Verfahrens gestellt. Unermüdlich kämpften Überlebende, Hinterbliebene, Forscher*innen, Journalist*innen, antifaschistische Gruppen und die Gewerkschaftsjugend für eine umfassende Aufklärung des Attentats. Auch die SPD und B‘90/Die Grünen forderten im Bayerischen Landtag die Wiederaufnahme des Verfahrens. Es dauert lange, bis diese Bemühungen von Erfolg gekrönt wurden: 2014 eröffnete der Generalbundesanwalt das Verfahren neu.
Sechs Jahre später, 2020, liegen die Ergebnisse dieser Wiederaufnahme nun vor: 40 Jahre nach dem Attentat und angesichts vernichteter Asservate, lange verstorbener Zeug*innen und dem langen Zeitraum konnte nichts mehr über mögliche Mittäter*innen ermittelt werden. Allerdings kam es in einem Punkt zur Kehrtwende: Die Generalbundesanwaltschaft stufte das Attentat als rechten Terror ein. Gundolf Köhler habe die Bundestagswahlen beeinflussen wollen und aus einem geschlossenen, rechtsextremistischen Weltbild heraus gehandelt. Von Liebeskummer war keine Rede mehr.