双方各执一辞，波兰自然是不能相信任何一方，于是，波兰请求国际红十字会调查卡廷案。4月16日，波兰红十字会秘书长向波兰红十字理事会提供的一份关于卡廷之行的报告中指出：“从尸骨上找到的纸片判断，屠杀发生在1940年3－4月。”同一天，德国也邀请国际红十字会派人前往卡廷调查。国际红十字会考虑到苏方的意见，拒绝了德、波两国的请求。

4月20日，伦敦波兰流亡政府再次向苏联提出上述要求。第二天，苏联人大喊大叫，说波兰正在与德国人合作。4月26日，苏联断然与波兰断交，理由很简单：帮助德国人诋毁苏联的伟大与仁慈。德国人知道，苏联这样的霸道态度正是表明了他们的心虚。所以，4月28日，德国人拿出了比在战场上还有的士气，联合其盟国和被占领国的专家组成的国际调查组到达卡廷。 波兰的专家组紧随其后。苏联方面只好妥协，允许他们调查。

两个调查组经过几天仔细的调查，拿出了调查报告。报告认为，这场屠杀发生在1940年春天。那个时候，德军还没有来到苏联，也就是说，这些人就是苏联杀掉的。但苏联就是不承认。后来，德军从苏联境内撤走后，1944年 1月24日，苏联报纸发表了一份由名叫“确定与调查法西斯侵略者在卡廷森林枪杀波兰被俘军官情况的特别委员会”提出的报告。报告说，以前波兰各次照会所提到的那批波兰被俘军官，早在1940年春天就由苏联人把他们从科泽利斯克、旧别利斯克和奥斯塔什科夫撤出了，送到斯摩棱斯克地区的三个“特别营地”。1940至1941年期间，他们在那里从事施工和筑路工作。德国入侵时，这批战俘未能及时撤退，因此，在1941年7月落入德国人手中。 德国人像蚂蚁搬家似的把他们一小批一小批地送到卡廷森林。在那里由一个号称“第537工程营” 的特种部队处决了他们，尸体当时就都被埋掉了。但是到了1942年冬天，苏联发动了反攻。德国人觉得自己要失败，于是，德国人想掩盖罪行，甚至是嫁祸。他们威胁当时的目击者伪造证词，同时挖坟盗墓，取走写有1941年春天以后日期的文件，并把一些新的材料放到尸骨上。1943年 3月，德国人又从别处运来很多尸体，放入坟墓，以达到宣传和挑拨的目的。苏联的这份报告还指出：据法医检验，枪决战俘用的是典型的德国方式，发生在1941年秋天，墓中有1.1万具尸骨。

德国人被气得半死，他们觉得苏联才是最会说谎的骗子。事实上，略用一下脑子，就会发现，苏联的推论在扯淡。德国人在1942年后，连守卫他们占领的苏联领土都筋疲力尽，怎么有时间搞这样的事情。但是，波兰人相信了。可是，很多人都不相信。1946年 7月1日至3日，在审判纳粹战犯的纽伦堡国际法庭上，苏联检察长鲁登科要求法庭认可调查德国法西斯侵略者在卡廷森林枪杀波兰战俘军官情况的特别委员会的这一报告，但未得到法官们的同意。