Ngay sau vụ nổ, các lực lượng Công an, Thành đội TP Đông Hà, Công an phường 5 đã tiếp cận, phong tỏa hiện trường, ngăn không cho người dân và học sinh hiếu kỳ đến đây xem. Theo đó, các lực lượng chức năng đã thu được nhiều mảnh đạn từ vụ nổ ở khu vực chợ phường 5 cách hiện trường vụ nổ trên 500m.
Nguyên nhân ban đầu được xác định, vụ nổ do một quả đạn pháo loại 75 ly phát nổ ở một điểm đốt rác về phía Đông