多日後，受傷警員冼家強康復情況良好，開始回憶案發前後的細節，協助o記探員查案。案發前警員曾國恆及冼家強用對講機與警察電台的通話及記錄的錄音帶，當時還有其他巡邏警員通過radio聽過。o記圍繞這段對話作了技術上及邏輯上的分析。調查顯示，曾國恆及冼家強在中槍前片刻已知疑兇的搶槍目的，隨後便發生槍擊案，疑兇徐步高不是突然現身以及一見到兩名警員便開槍，而是徐是設了&ldo;求助誘警&rdo;的騙局，令兩名警員降低警覺性，才突然拔槍施襲。冼家強回憶，徐在案發前的瞬間，貌似要向兩警求助，但三人沒有言語溝通。警方在調查涉案三人是否認識時，發現兩名巡邏警員均不認識徐步高，而且曾國恆從九龍城警區剛調過來一周，和冼家強也不是很熟悉。此外，警方發現疑兇在尖沙咀槍擊案所用的作案手法，與當年警員梁成恩被誘騙到石桃樓的做法模式相同，特別是兩案均發生在兩個&ldo;巡警轄區&rdo;
的分界地段，顯示疑兇對警員巡邏區域、交班時間等內部信息及逃走路線精心部署，而且針對警員及搶警槍的計劃非常周密，自信心很高。
當日案發現場，探員在徐步高身上搜出一條附有車牌號碼的電單車車匙，根據車主登記資料，發現該車為另一警員所有，但案發後在附近沒有找到電單車。後來警方在18日，派出新界北快速應變部隊近50人，在東涌一帶展開大規模的搜索，警員全部戴上白手套，持地圖環繞達東路、東涌地鐵站對開搜索。當時警員分成三人一組，沿路邊、牆角等停泊電單車的地點搜查。由於警員一直未發現目標電單車，後來有媒體稱有&ldo;第四人&rdo;為徐步高的同夥騎走了電單車，一度傳聞四起。但是隨後幾日，遂將搜查範圍擴大至裕東苑外，o記根據徐步高設計的逃跑路線逐步細緻搜索，最後在逸東邨停車場內找到了電單車，而在油麻地官涌街找到了一輛失竊客貨車，證實為徐步高駕駛過來，由於當時懷疑車輛附近有丟棄槍械，警方派出o記探員、重點搜查隊隊員及超過60多名機動部隊警員，重返現場利用金屬探測儀作地毯式搜查，尋找槍枝或子彈但沒有結果，因此不存在協犯之說。警方在徐步高的電單車內尋獲一張記錄了巡警到廣東道政府合署簽簿的時間、巡警數目等資料的紙張，由此可分析出廣東道行人隧道是尖沙咀警區及油麻地警區的警員巡邏交界，兩區警員巡邏時都會經過隧道，但經由不同出口離開，路線不會重疊。警方推測是徐步高特意抄下兩區警員簽更時間，得悉凌晨1時半前兩區的警員不會同時在隧道內出現。但是徐步高自己是警員，熟悉警區配置和人員情況，為何不選擇偏僻警區搶劫巡邏警員槍枝，而計劃在繁華地段行動，更重要的是當時在尖沙咀警署正在開展呼聲特別高、管理嚴格的&ldo;全警反黑&rdo;活動，實在令人費解。
警方後來模擬了徐步高的行動前路線，在尖沙咀警員槍擊案發生前一個半小時左右，徐步高於2006年3月16日晚上11時48分，下班離開東涌警署，徒步前往東涌裕東苑的停車場取電單車，花4分鐘駕電單車往逸東邨家興停車場。其後，他轉而駕駛一部報失客貨車，由東涌開往油麻地官涌街，泊車後步行抵達案發現場。警方模擬所需時間約為33分鐘，推測他當晚12時21分抵達現場，然後一直等待最佳作案時間。探員在徐步高的電單車搜獲與他離開警署時穿著的衣物，相信他已經更衣作好準備了。根據當時徐步高在日記中的記載：需要大量子彈做大事。看來他真的是早已作好了準備。
香港的很多地下隧道內都裝有弧形鏡，用來保證行人穿越時視野開闊。
鑑證部門協同法醫官和軍火專家在案發現場模擬案情時發現，槍戰現場隧道的盲點上裝有的反射鏡被移動過，疑犯在隧道藏身，能從反射鏡