На ноги тут же подняли весь личный состав органов внутренних дел города Оша и Ошской области. Была создана оперативно-следственная группа из сотрудников областного и районного УВД, госкомитета нацбезопасности (ГКНБ) и прокуратуры. Криминалисты определили, что огонь предположительно вели из пистолетов Макарова. Южную столицу перекрыли блокпостами, а очевидцы происшествия помогли составить фоторобот одного из подозреваемых. Расследование взял под контроль премьер-министр страны Жанторо Сатыбалдиев.
Оперативники связали убийство с профессиональной деятельностью погибшего и сразу определили его как заказное. Оказалось, на Шоноева покушались не впервые - в 2007 году он работал старшим оперуполномоченным в отделе по борьбе с оргпреступностью. Тогда в него также стреляли неизвестные, страж порядка получил ранение, но остался жив. Злоумышленникам удалось скрыться, следствие так и не выяснило их личности.
14 января был задержан и водворен в СИЗО ГКНБ в Бишкеке один из предполагаемых фигурантов в деле об убийстве милиционера. Им оказался ранее неоднократно судимый уроженец южного региона КР 1988 года рождения. Сотрудники ГКНБ называют его главным подозреваемым в громком преступлении. Ныне силовики выясняют имена подельников арестованного, решается вопрос об его этапировании в город Ош для проведения оперативно-следственных мероприятий.
Толкунбеку Шоноеву было 35 лет, после его гибели остались жена и четверо детей. Двенадцатого января президент КР Алмазбек Атамбаев подписал распоряжение, согласно которому президентский фонд социальной защиты выделил 100 тысяч сомов (около 2,1 тысячи долларов) семье полковника.