לאחר מספר שבועות בהם התנהלה חקירה מקיפה, הותר לפרסום כי כוחות הביטחון הצליחו לפענח את הרצח שארע בערב חג סוכות, כאשר גופתו של ראובן שמרלינג ז"ל, נמצאה בכפר קאסם כשיש עליה סימני אלימות קשים. במהלך החג עצמו, יממה לאחר הרצח, נעצרו ע"י שב"כ, ימ"מ וצה"ל יוסף חאלד מוצטפא כמיל ומחמד זיאד אבו אלרוב, בחשד למעורבותם ברצח. השניים, פלסטינים תושבי קבאטיה שבשומרון, בשנות ה-20 לחייהם, נכנסו לישראל באופן בלתי חוקי, תוך הסתייעות במסיע שב"חים, בהמשך שהו ועבדו בישראל כשבועיים. בשב"כ ובפרקליטות טוענים כי המקרה הגיע הן כרצון לנקמה על מות חברם, והן כשזעם על יחס המעסיק כלפיהם.
בחקירותיהם בשב"כ התברר כי השניים החליטו לבצע פיגוע דקירה ולגרום למותם של יהודים, ממניע לאומני, כנקמה על מות חברם, אחמד אבו אל רוב, אשר נהרג במהלך ניסיון לבצע פיגוע דקירה במעבר ג'למה, וכן על רקע המתיחות שאירעה בהר הבית. עוד עלה בחקירה כי אחד המפגעים תכנן, עוד טרם כניסתו לישראל ובסמוך לה, לבצע פיגוע דקירה כנגד יהודים באשר הם, ולמעשה ניצל את כניסתו לישראל באופן בלתי חוקי לשם מימוש תוכניתו.
על פי כתב האישום, שהוגש בידי עו"ד שרון משעל, בחודש ספטמבר 2017 נכנסו הנאשמים לעבוד בישראל בלא אישור כדין. כמיל תכנן לנצל את שהותו בישראל לשם ביצוע פיגוע דקירה ולהרוג יהודי, והציע לאבו אלרוב לבצע עמו פיגוע, אך בשלב זה הוא סירב. השניים החלו לעבוד במחסן פחמים בכפר קאסם, בניהולו של ראובן שמרלינג ז"ל, ובהמשך קשרו קשר לרצוח את אחד היהודים אשר עבדו במקום, ממניע לאומני.
נזף בהם, חזר לחדר ונרצח
השניים רכשו סכין לחיתוך בשר, אותה החביא כמיל במחסן, מתחת למזרן בחדר בו לנו. בנוסף, וכדי להבטיח את הימלטותם מישראל לאחר ביצוע הרצח, השיגו מספר טלפון של אדם אשר יוכל להסיעם מכפר קאסם אל מקום מגוריהם. בהמשך, כחלק מהחלטתם המשותפת לגרום למותו של יהודי, ועל רקע תחושת כעס כלפי המנוח, החליטו המשיבים לגרום למותו של שמרלינג.