Расследование обстоятельств гибели Царской Семьи началось сразу же после освобождения Екатеринбурга от большевиков летом 1918 г. С самого начала следствия, помимо сугубо юридических споров о причинах этого страшного преступления и о розыске виновных, возникли другие вопросы. Остался кто-либо в живых из Рода Романовых и может ли считаться легитимной любая власть, существующая на территории бывшей Российской Империи?
Почему руководить расследованием стал именно Дитерихс? С одной стороны, в связи с расформированием Западного фронта и созданием на его основе трех отдельных армий генерал оставил свои фронтовые должности. С другой – Верховному Правителю были хорошо известны не только монархические симпатии Дитерихса, но и его поразительное трудолюбие, стремление скрупулезно вникать во все детали любого дела, которое ему поручалось. Кроме того, за полгода производства следствия так и не было дано ответа на вопрос о том, что же все-таки произошло в доме Ипатьева в ночь с 16 на 17 июля 1918 г.
2 февраля 1919 г. после предварительного ознакомления с материалами следствия Дитерихс доложил Колчаку, что расследование необходимо систематизировать, разбить следственные действия на ряд отдельных направлений. В докладе отмечалось, что нужно не только собирать "вещественные доказательства", изучать места, связанные с актом Цареубийства, разыскивать свидетелей по делу и, самое главное, продолжать "розыски тел мученически погибших бывшего Императора, членов Его Семьи и состоявших при нем придворных и слуг", важно также "выяснение дела с юридической, исторической и национальной точек зрения"[51]. В качестве человека, способного расследовать обстоятельства дела, Дитерихсу был представлен недавно перешедший линию фронта судебный следователь по особо важным делам Омского окружного суда Н.А. Соколов. 2 февраля он был представлен Колчаку, и 6 февраля 1919 г. ему поручалась непосредственная работа по ведению расследования[52].
В ходе следствия Дитерихс пытался понять, прежде всего, причины свершившегося преступления. Он впервые, много раньше многочисленных российских и эмигрантских политиков и публицистов, пришел к выводу, что акт Цареубийства стал следствием глубокого раскола власти и общества, отсутствия чувства государственности и патриотизма у так называемой "общественности", у "бояр-западников". Эта антигосударственность привела к Февралю и Октябрю 1917 года, сделала возможным Цареубийство. При этом, в отличие от многих современных публицистов, Дитерихс отнюдь не стремился переложить всю вину на деятелей Временного Правительства, не искал корни некоего "масонского заговора". Трагедия Династии заключалась в том, что ей отказал в верности сам русский народ, нарушивший Крестное Целование, данное на Земском Соборе 1613 года. Русский народ оказался ослепленным демагогией, исходившей сперва от "бояр-западников", а затем от левых радикалов-большевиков. Если бы народ сохранил свою верность Клятве 1613 года, если бы оттолкнул от себя демагогов типа Ленина, Троцкого и Милюкова, то тогда можно было бы избежать революционных потрясений, избежать Цареубийства.
Тщательность следствия была максимально возможной в тех условиях. Малейшие имеющие хоть какое-либо отношение к Цареубийству предметы, свидетельства скрупулезно собирались и анализировались. Все документы сохранялись в трех экземплярах (для Дитерихса, Соколова и английского журналиста Р.А. Вильтона, наблюдавшего за ходом следствия и готовившего информацию на Запад, копии с наиболее ценных материалов отправлялись также Министру юстиции проф. Г.Г. Тельбергу). В прессе материалы о ходе следствия не публиковались, и лишь изредка, в виде слухов, в некоторых правых газетах появлялись указания на то, что Государь жив, укрыт в надежном месте и рано или поздно заявит о себе.
Отъезжая на фронт, получив новое назначение, Дитерихс продолжал контролировать ход следствия. При его содействии Соколов получил специальный вагон, в котором жил и работал на станции в Екатеринбурге. К работе периодически подключались офицеры Контрразведывательного отделения Восточного фронта, под непосредственным наблюдением главного начальника Военно-административных управлений Восточного фронта генерал-майора С.А. Домонтовича, раскопки в лесу и их охрану выполняли солдаты Сибирской армии. Всего в следствии принимало участие более 1 000 человек. По инициативе Дитерихса в начале июня начались раскопки непосредственно на Коптяковской дороге, в урочище Ганина Яма. Раскопки шли вплоть до сдачи Екатеринбурга красным войскам (она произошла почти через год после гибели Царской Семьи, 15 июля 1919 г.).