Вскоре после резни в Буче Украина начала расследование военных преступлений, в ходе которого были получены убедительные доказательства зверств, совершенных Россией. Комментарий Федорчука от 7 марта: "Мы даже не можем собрать тела, потому что обстрел из тяжелых орудий не прекращается ни днем, ни ночью. Собаки растаскивают тела на улицах города. Это кошмар", наводит на мысль, что Россия начала осуществлять массовые убийства вскоре после того, как ее войска прибыли в Бучу.31 Спутниковые снимки Maxar подтверждают показания Федорчука, поскольку на улице Яблонской с 9 по 11 марта находилось одиннадцать "темных объектов", похожих на человеческие тела, а 20-21 марта на той же улице рядом с велосипедами были обнаружены три трупа.32 Эти трупы были обнаружены в идентичных местах после того, как Россия вывела войска из Бучи. Спутниковые снимки также показали существование траншеи длиной 45 футов на территории церкви в Буче, которую 10 марта начали превращать в братскую могилу.33 Украинская разведка показала, что ответственность за резню в Буче несет российское подразделение 51460 64-й отдельной гвардейской мотострелковой бригады, которая входит в состав 35-й армии Восточного военного округа, и опубликовала списки российских солдат, совершивших убийства. Свидетельства очевидцев отмечают переключение российской оккупационной силы с молодых солдат на Кадыровцкого и ЧВК группы Вагнера в Буче, что позволяет предположить, что российские военизированные формирования дополняли усилия этой бригады.34 Полковник Игорь Ющенко дал показания, что кадыровцы убили двух пешеходов в центре Бучи 27 февраля, выпустив тридцать пуль из автомобиля, и кадыровцев также обвиняли в убийстве тяжелораненых российских солдат в Буче.35 104-й гвардейский авиаполк и 234-й гвардейский штурмовой авиаполк также были связаны с массовыми убийствами, поскольку документы, принадлежащие этим подразделениям, были обнаружены в местах казни украинских мужчин.36
Украина также получила помощь Запада и МУС в преследовании российских военных преступлений. Разведывательная служба Германии BND получила разговоры российских солдат, в которых содержался комментарий: "Сначала вы допрашиваете солдат, а потом расстреливаете их", и подготовила спутниковые снимки, иллюстрирующие участие России в Буче.37 10 апреля Франция стала первой страной НАТО, направившей группу судебно-медицинских экспертов для расследования военных преступлений. Эта группа была размещена во Львове и включала экспертов по баллистике, ДНК, взрывчатым веществам и отпечаткам пальцев. Усилия Франции стали продолжением предыдущих действий, таких как визит министра юстиции Великобритании Доминика Рааба в МУС 13 марта с целью предложить техническую поддержку для потенциальных судебных процессов по военным преступлениям. 3 апреля Кулеба призвал МУС направить миссию в освобожденные районы Киева и сотрудничать с украинскими правоохранительными органами по поводу доказательств российских военных преступлений.38 Главный прокурор МУС Карим Хан начал расследование военных преступлений и геноцида в Украине 3 марта. 14 апреля Хан посетил Бучу и назвал Украину "местом преступления", заявив, что существуют "разумные основания" для того, чтобы Россия совершила военные преступления.39 Однако полномочия МУС по принудительному исполнению решений были неясны, поскольку Россия и Украина не являются членами суда. Просьбы Порошенко в 2014 и 2015 годах о расследовании МУС российских преступлений против человечности в Донбассе, Крыму и во время Евромайдана; решение МУС начать расследование этих преступлений в апреле 2014 года; и оценка МУС в декабре 2020 года, которая отражала мнение Хана по Буче, стали прецедентами для призыва Кулебы о помощи МУС. Создание ЕС 25 апреля совместной с МУС следственной группы еще больше укрепило эти усилия, как и выделение им 8 июня 7,25 млн. евро на поддержку этой группы.40