对于警察而言，判断一个人是不是嫌疑犯，所有一切的推论都是虚无的，只有证据才是真实的、可信的。而此时摆在他们面前的认证与物证，无一例外，全都将凶手的矛头，指向了这个年轻人。对他们来说，凶手绝对是奥斯瓦尔德没错。
在奥斯瓦尔德被逮捕后接着的11个小时里，警方对他进行了不间断的调查审讯，并将他列为“一号嫌疑犯”。经过调查，在德克萨斯州教科书仓库六层所发现的意大利产卡尔卡诺M91/38手动步枪，来自芝加哥一家邮购商行，是一支1940年意大利制的旧式步枪，由奥斯瓦尔德签上假名。尽管奥斯瓦尔德对所有的行为都矢口否认，但经过警方的调查比对，发现在枪管上的那个不完整的指纹，正是奥斯瓦尔德本人的。
除此之外，警察还在短时间内将奥斯瓦尔德的出身背景调查得一清二楚。根据调查得到的信息，李·哈韦·奥斯瓦尔德，美籍古巴人，1939年10月18日出生在新奥尔良，是母亲与前夫生的一个儿子，有两个哥哥。因为父亲早亡，恶劣的家境令奥斯瓦尔德曾有过一段在孤儿院生活的经历，其母则与继父在一起生活。在他18岁的时候，已有22次搬迁的经历，平均在一个地方都生活不到一年，可谓居无定所。
在奥斯瓦尔德的成长记忆中，似乎都是不断的转学、搬家，过着游击队一样的生活。这样的生活环境造就了他一个古怪的性格，叛逆、不羁，浑身上下透着对他人的敌意。乖戾的性格让奥斯瓦尔德无法融入周围的环境，他经常跟人发生冲突，并因此被送进少年精神病院。但是，精神病院并没能让奥斯瓦尔德开朗起来，反而更加阴郁，性情也愈发扭曲。按照当时负责人的说法，奥斯瓦尔德是人格分裂症。人格分裂，换个词来说就是精神分裂，通俗点来说就是精神病。
因为学习障碍，奥斯瓦尔德只完成了初中学业，17岁便加入军队，成为美国海军陆战队的成员，在队中成绩优异，可精确射击200码外的标靶，在一次满分五十分的半人型标靶（类似肯尼迪在座车内的样子）测试中，他更是得到了48分的成绩。而当时测试用的枪械，是类似暗杀案中用的M91/38手动步枪。
在美国海军陆战队中，奥斯瓦尔德的亲苏联倾向和孤僻性格使他在军中极不合群，也屡次犯事。他钟情于马克思主义理论，对苏联和古巴十分崇拜，甚至不容许别人抨击自己的信仰。正是因为这个信仰，让奥斯瓦尔德再次成为一个备受嘲笑的“不正常的人”。无奈之下，1959年未满20岁向往苏联的奥斯瓦尔德找了一个借口，成功走到苏联定居。但苏联政府并没有重视他，起先拒绝他留在苏联，后来因为他在公寓中割腕，才得到苏联政府的同情，分配一些无聊工作给他。
奥斯瓦尔德在苏联娶了白俄罗斯妻子普沙科娃，他俩认识时，她仅是一位19岁的小女孩。两人结婚后，生了一个女儿。两年后，奥斯瓦尔德从苏联回到美国，并成功定居。也正是从那时候开始，奥斯瓦尔德公开称自己是一名共产党员。当时正是苏美冷战时期，奥斯瓦尔德的“另类”令他在社交中总是格格不入，备受嘲讽。
而且，重新回到美国定居后，他又屡次犯事，不但与古巴反共人士打斗，更曾一次差点成功暗杀反共的埃德温·沃克将军。在刺杀案发生2个月之前，奥斯瓦尔德曾到墨西哥企图进入古巴来支持当地的共产主义革命，但入境古巴的行动并不成功。1963年10月，回到美国后，他在德克萨斯州的达拉斯的教科书仓库大楼里找到了新工作，也正是在那里，他找到了暗杀肯尼迪的机会。
在这年的10月，奥斯瓦尔德迎来了他的第二个女儿的降临。当小女儿出生之后，奥斯瓦尔德每个周末都会回家探望妻女，星期一再回到达拉斯。就在肯尼迪遇刺的前一天，也就是11月21日星期四，奥斯瓦尔德突然回家，并从家中带走了几个窗帘架。这个举动让他的妻子普沙科娃十分困惑，因为丈夫从来没有在星期四回过家。
直到肯尼迪被刺杀这件惊天大案的消息传来，普沙科娃才在万分震惊中意识到，自己的丈夫，竟然刺杀了美国总统。很显然，奥斯瓦尔德在星期四回家后，从家里带走的并不是什么窗帘架子，而是那把隐藏许久的武器。
在奥斯瓦尔德被捕后，警察从他们家的车库里搜出了放置枪支的枪袋，在奥斯瓦尔德的房间里还搜到了一张达拉斯的地图，上边对肯尼迪总统的行车路线都作了标记，这些证据已经足够证明奥斯瓦尔德的凶手身份。
人赃并获，所有警方搜集到的证据都对奥斯瓦尔德不利——他服役时是个神枪手、有过暗杀要员的经历、家里有搜到的枪袋以及作了标记的地图。
在逮捕了奥斯瓦尔德并收集了犯罪现场的物理证据之后，奥斯瓦尔德被达拉斯警方押送到警署总部接受审讯。稍后，在晚上10：30，达拉斯警察局的警长杰西·克里被一个按他的话说是“来自华盛顿的人”命令去发送所有收集到的物理证据（除了奥斯瓦尔德）到位于华盛顿的美国联邦调查局(FBI)总部。
但是，奥斯瓦尔德面对警方的指控却拒不承认，他否认枪击了总统并声明他是一个“容易受骗的人”。审讯进行了12个小时，奥斯瓦尔德除了否认警察对他的一切指控外，其余时间都是一声不吭，这让警方十分头疼。
但令警方感到更为疼痛的是，就在奥斯瓦尔德被逮捕的两天后，11月24日的早晨，达拉斯市警察局准备把奥斯瓦尔德从警察总部转移到县监狱去，当警察们押着一言不发的奥斯瓦尔德从地下室走出警察局的刹那，人群中突然冲出来一个手持“科尔特”手枪的男子，这个男子边大声喊着“那人杀了我的总统”，便对这奥斯瓦尔德扣动了扳机。
警察们立刻反应过来，一部分人去抓持枪者，另一部分则立刻将奥斯瓦尔德送去最近的医院急救。当时美国人都在看电视直播中，目睹了这起枪杀事件的所有经过。人们亲眼看到奥斯瓦尔德捂着肚子在地上打滚的样子，也看到了持枪者愤怒中略带得意的表情。奥斯瓦尔德被送往医院抢救，但最后因抢救无效而宣告死亡，临死前，已经意识模糊的奥斯瓦尔德留下了他在人间的最后一句话：“我只是一只替罪羊。”后来，在一张被路人拍摄的照片中发现，一个外貌很像奥斯瓦尔德的人在肯尼迪遇刺前几秒的时候，是站在路边的人群中的，这似乎可以说明奥斯瓦尔德在当时并不是位于教科书大楼的6层上，但这张照片真伪难辨。
在警察局门口，众目睽睽之下开枪杀死奥斯瓦尔德的人叫杰克·鲁比，据他本人所言，他杀死奥斯瓦尔德的动机完全是想为肯尼迪报仇。然而，随着调查的深入，人们发现事情绝对不像他所说的那么简单。杰克·鲁比还有一个名字叫约翰·莱昂·鲁宾斯坦，身份是一家大型夜总会的老板，而且，他还跟黑手党有着不可告人的联系。单凭这一条，就足以断定鲁比绝非单纯出于为总统报仇的心态而去杀人。
至于杰克·鲁比为什么会在遇刺事件发生两天后打死奥斯瓦尔德，至今成为一个悬案。根据知情人士透露，鲁比曾告诉大法官沃伦说，要求带他去华府，他就愿意说出真相，但大法官始终没跟他合作。鲁比本人最后也因癌症死于狱中，临死前他自认为是被人在监狱内下毒才会得到癌症。
在鲁比身份被揭开的这一刻，之前关于奥斯瓦尔德刺杀肯尼迪一案那还没有完全解决的问题，一下子全部爆发了。所谓的“真相”似乎已经不再是真相，而之前被当做嫌疑犯的奥斯瓦尔德，似乎成了“某人”的替罪羊，连带着在他住所搜集到的地图和枪袋似乎也变成了栽赃的工具。而根据联邦调查局的调查，那支在案发现场发现的步枪上，那残缺的指纹和奥斯瓦尔德的指纹并不完全吻合，那么，就连那支枪到底是否属于奥斯瓦尔德都成了一个疑问。
而且，奥斯瓦尔德本人在警察局总部被谋杀之前，他曾经接受过审问，但是对于他的审讯，按达拉斯警察局局长杰西·克里的话说，“简直就是违背所有审讯规则的”。杰西·克里说：“一般来讲，一个讯问者在审问一个嫌疑犯时会和他单独地待在一个屋子里或者有一个人陪同。”但是事实正好相反，这个审问奥斯瓦尔德的屋子早就挤满了FBI的探员，秘密小组探员和一些联邦探员和谋杀侦探。
达拉斯谋杀案侦探长J·W·弗雷兹，当时主管对奥斯瓦尔德的审讯工作，他同样向沃伦委员会证实了没有任何对于审讯过程的记录，但是替代它的则是他在几天后准备好的记录。探长弗雷兹的证词与他真实手写的记录互相矛盾，他的审讯会议记录也在1997年被谋杀事件回忆录所推翻。
对于这个结果，美国上下一片哗然。联邦调查局和达拉斯警方完全不同的论证，令这起刺杀案变得更加扑朔迷离。达拉斯警方斩钉截铁的结论，在奥斯瓦尔德被鲁比枪杀后似乎变成了莫须有，而根据联邦调查局所掌握的情况，在德克萨斯州教科书仓库六楼那样的距离射击，想要像刺杀总统时那样达到枪枪命中并且击中要害的精准度是不大可能的，就连训练有素的运动员和军队里的狙击手也无法做到。此外，警方在现场发现的几个烟头表明，当时在场，除了奥斯瓦尔德之外，似乎另有别人，因为奥斯瓦尔德身边的人说他并不抽烟。
这些与之前完全相反的证据，加上奥斯瓦尔德突然被枪杀，这不得不令人感到怀疑——真的是奥斯瓦尔德刺杀了总统肯尼迪，还是真的如他说的一样，他只不过是一只替罪羊，而真正的凶手另有其人？鲁比在警察局门口将他杀害，是为了切断所有的线索，杀人灭口？
一时间，肯尼迪被刺身亡的背后，似乎布满了重重迷雾。
就在肯尼迪被谋杀后的第八天，继任总统林登·约翰逊亲自下令成立以最高法院大法官华伦为首的七人调查委员会“沃伦委员会”，调查枪击事件的真相。
经过10个月的调查，“沃伦委员会”先后寻访了552位证人和25000名其他人员，最后认定得出的结论是——凶手仅有一人。1965年9月25日，“沃伦委员会”向新闻媒介公布一份调查报告，向美国全国人民提供总统暗杀事件的真相，并做出结论。他们的调查结果全部收入了《总统特别委员会关于肯尼迪总统被暗杀的调查报告》中，这个具有51本之多的报告也叫做《沃伦报告》。
《沃伦报告》的主要内容如下：
1963年11月22日约翰·菲茨杰拉德·肯尼迪被暗杀，这是一个反对个人、家庭、民族，同时也是一个反对全人类的残酷的和令人震惊的暴力事件。在肯尼迪面前尚有多年社会和个人生活前景，谁知这样一个年轻和精力充沛的总统竟成为暗杀的牺牲品，成为美国第4个被暗杀的总统。本委员会于1963年11月29日成立，它是在人人具有获得关于这一事件的全部和真实情况权利的基础上建立的。本报告试图在理智和正义的指导下，完成这个任务，对这一悲剧做出结论。报告是委员会本着高度负责精神完成它的，特向全国人民提供与总统暗杀事件有关的客观真相。
本委员会的建立是为了查明与上述事件有关的事实，并讨论上面提出的需要说明的重要问题。委员会承担了这个任务，并根据已掌握的资料，得出一定的结论。委员会进行的调查研究，未受到任何限制，委员会是独立进行调查的，所有政府机关都尽了自己的职责——支持委员会的调查。本结论反映的是委员会全体成员经过论证后取得一致的看法，这是经过调查之后提出的，上述调查使委员会确信它提供的是经过长时间详细侦察后得出的，反映了暗杀总统的真实情况……委员会没有发现李·哈维·奥斯瓦尔德和杰克·鲁比参加了任何旨在谋杀总统的国内和国际的阴谋集团。本结论根据如下：
1、委员会没有发现任何证据证明有人帮助奥斯瓦尔德制订谋杀计划或组织其实现。
2、尽管委员会围绕事件的所有其他方面详细地调查了与奥斯瓦尔德有关的全部细节，他的财务状况和个人爱好，特别是他1962年6月从苏联返回美国后的情况，没有发现有任何证据证明奥斯瓦尔德与其他人或集团，参加了旨在谋杀总统的阴谋。
3、委员会没有发现任何证据证明奥斯瓦尔德为哪个外国政府服务，或是令人信服地证明外国政府资助他谋杀肯尼迪总统，或者他已成为任何一个外国政府的间谍。
4、委员会研究了奥斯瓦尔德与各政治组织的交往，其中包括美国共产党，“古巴正义政策实施委员会”，社会主义国家的工人党，没有报道后者与奥斯瓦尔德签订有关谋杀总统协议的任何证据。
5、根据委员会所掌握的全部资料判断，委员中没有人认为奥斯瓦尔德是联邦调查局、中央情报局和其他政府机关密探、职员或情报员。委员会详细调查了在暗杀之前奥斯瓦尔德和美国各政府机关的关系，这些机关与奥斯瓦尔德之间通常是通过签订的协议协调他们完成各自义务的。
6、委员会没有发现李·哈维·奥斯瓦尔德和杰克·鲁比之间有任何直接和间接的关系，虽然对各种传说和有关类似关系的推测进行了详细的调查，没有找到任何足够的证据，证明他们相互认识。
7、委员会没有找到任何证据证明，杰克·鲁比打死李·哈维·奥斯瓦尔德是与任何其他人合谋。
8、经过详细的调查后，委员会未找到任何足够的证据证明，鲁比和打死蒂皮特的奥斯瓦尔德相互认识或者奥斯瓦尔德与达斯相互认识。
