8 сентября 1943 года захоронение расстрелянных детей было случайно обнаружено местными жителями Шмелёвой А. Я. и родными сёстрами Н. К. Парамонченко и Н. К. Ястребовой. Александра Яковлевна Шмелёва разыскивала захоронение мужа, расстрелянного немцами. 8 сентября она узнала, что за рекой Чир находится яма, в которой закопаны расстрелянные оккупантами. Вместе с ней на поиски ямы направились Наталия Кузьминична и Надежда Кузьминична, которые искали захоронение своей матери, расстрелянной за связь с партизанами. Они нашли эту яму и раскопали её. По мере углубления раскопа им стали встречаться детские игрушки: куклы, детские автомашины, ружья, рогатки. На дне ямы ими были обнаружены тела убитых воспитанников Нижне-Чирского детского дома.
Факт массового убийства мирного населения скрыть не удалось. Одними из первых, кто рассказал о расстреле воспитанников детского дома, были бойцы партизанского отряда Нижне-Чирского района (в частности, Клавдия Панчишкина).
После освобождения станицы Нижне-Чирская началось расследование обстоятельств расстрела детей. Расследование шло в рамках работы «Сталинградской областной комиссии по установлению и расследованию злодеяний немецко-фашистских захватчиков и их сообщников и причинённого ими ущерба гражданам, колхозам, общественным организациям, государственным предприятиям и учреждениям Сталинградской области». Среди опрошенных свидетелей были А. Я. Шмелёва, Н. К. Парамонченко, Н. К. Ястребова, Е. А. Донскова, А. Быстрова. В ходе осмотра останков детей выяснилось, что не у всех были пулевые отверстия. Следствие пришло к выводу, что расстреляны были только физически крепкие дети старшего возраста, а младшие и ослабевшие от голода были закопаны заживо.
С 15 по 18 декабря 1943 года в Харькове проходил открытый суд над оккупантами и их пособниками по фактам массовых репрессий в отношении мирного населения оккупированных территорий. В ходе судебных заседаний, кроме прочих актов преступной деятельности, рассматривался и факт расстрела воспитанников Нижне-Чирского детского дома. Среди обвиняемых на суде был М. П. Буланов, причастный, помимо расстрела 2 сентября 1942 года, к массовому уничтожению советских граждан в Харькове, Таганроге и других местах. Военный Трибунал 4-го Украинского фронта приговорил М. П. Буланова к смертной казни через повешение, осуществлённой в 11 часов 19 декабря 1943 года в Харькове на городской площади. На публичной казни присутствовали более 40 000 жителей города и близлежащих районов области, военнослужащие, а также представители советской и иностранной прессы.
Все материалы следствия по делу расстрела воспитанников Нижнечирского детского дома хранятся в Государственном архиве Волгоградской области (Ф. Р-6088, 800 ед. хр., 1942–1945 гг.; оп. 1).
