В ходе следствия было установлено, что на территории около 30 гектаров расположено 510 предполагаемых захоронений, представляющих собой впадины с признаками оседания грунта. Была произведена выборочная эксгумация, во время которой были обнаружены человеческие останки: 313 черепов, кости скелетов, 340 зубных протезов из желтого и белого металлов. Обнаружены личные вещи: расчески, зубные щетки, мыльницы, кошельки, обувь, остатки одежды, а также 177 гильз и 28 пуль. 164 револьверные гильзы и 21 пуля стреляны из револьвера системы «Наган», 1 гильза из пистолета «ТТ», то есть из штатного оружия сотрудников НКВД.
Как показала комплексная судебно-медицинская и криминалистическая экспертиза, костные останки, обнаруженные при эксгумации, принадлежали не менее чем 356 расстрелянным, останки еще 35 человек были обнаружены строителями и учащимися. На 227 черепах и их фрагментах выявлены огнестрельные повреждения. По оценочным данным, в урочище Куропаты покоится прах не менее 30 тысяч репрессированных.
В ходе расследования было опрошено около 200 очевидцев событий. 55 свидетелей из числа жителей деревень Цна-Иодково, Подболотье, Дроздово, расположенных вблизи лесного массива, показали, что в 1937–1941 гг. работники НКВД на крытых автомашинах привозили сюда людей и расстреливали их. Трупы закапывали в ямы. Расстрелы начались в 1937 г. и продолжались до 1941 г. Судя по характеру и номенклатуре обнаруженных вещей, в Куропатах были захоронены в основном выходцы из Беларуси, в том числе из западных областей и, возможно, из Прибалтики. Есть основания полагать, что там покоится прах политических заключенных АвтодорЛага.
Среди свидетелей, которые давали показания, не было никого, кто во время тех событий находился бы в младенческом или старческом возрасте. Во время следственного эксперимента свидетель Н. Карпович указал место, где в 1937 г. видел не засыпанную могилу, наполненную трупами. В ходе эксгумации в указанном им направлении обнаружено захоронение, из которого извлечены 50 черепов, кости скелета, обувь, другие предметы и их фрагменты.
Из протокола эксгумации останков:
«При разработке пласта захоронения (раскоп № 8) извлечены хаотично располагавшиеся в нем предметы: 50 черепов, в том числе 7 со сводом и основанием… На всех 50 черепах имеются повреждения округлой и овальной формы, располагающиеся на различных участках — в теменной, затылочной, височной, лобной областях. Сохранившихся черепов без повреждений не обнаружено…»
Практически все опрошенные засвидетельствовали, что во время войны на этом месте расстрелов не было, да и вообще в ту пору версия «немецкого следа» никому не приходила в голову. По словам Язепа Бролишса,
Согласно показаниям жителей населенных пунктов, расположенных неподалеку от лесного массива Куропаты, в этом месте во время оккупации Беларуси фашистами каких-либо расстрелов и захоронений не производилось. Были проведены проверки и иных версий. По данным Военного комиссариата БССР, воинских захоронений в лесном массиве, где обнаружены останки, также не имелось.