Дмитрий считал, что в дипломате находятся документы о нелегальной торговле оружием. Он получил его в камере хранения на Казанском вокзале. Смерть, по заключению экспертов, наступила в результате сильнейшего травматического шока и моментального обескровливания.
Дмитрий Холодов писал о современной армии, побывал во многих «горячих точках» - в Абхазии, Чечне, Азербайджане, на таджикско-афганской границе, разрабатывал тему злоупотреблений среди военных. Журналист был известен своими публикациями о коррупции в российской армии.
В ходе следствия была установлена группа лиц, которой было предъявлено обвинение в организации и совершении убийства журналиста. По версии следствия, преступление организовал полковник в отставке Павел Поповских. Остальные подсудимые: начальник спецотряда ВДВ Владимир Морозов, его заместители Александр Сорока и Константин Мирзаянц, предприниматель Константин Барковский и замдиректора частного охранного предприятия "Росс" Александр Капунцов - как полагало следствие, были соучастниками преступления.
По одной из версий, заказчиком преступления был тогдашний министр обороны РФ Павел Грачев, получивший с легкой руки Дмитрия кличку "Паша-Мерседес" за большое количество немецких иномарок, вывезенных с территории ГДР при расформировании ГСВГ. Возможно, заказ был сделан не напрямую, начальник военного ведомства мог в сердцах сказать - когда же вы заткнете этого парня?!, а подчиненные восприняли его слова, как руководство к действию.
Все подозреваемые были оправданы Московским окружным военным судом (МОВС) 26 июня 2002 года. 27 мая 2003 года военная коллегия Верховного суда РФ по протесту Генеральной прокуратуры отменила оправдательный приговор и направила дело на новое рассмотрение. 10 июня 2004 года все подсудимые были оправданы вновь.
Генпрокуратура и родители убитого журналиста подали кассационную жалобу. Но в марте 2005 года правомочность вердиктов МОВС подтвердила военная коллегия Верховного суда России. На данный момент бывшие обвиняемые считаются не судимыми, а убийство остается нераскрытым.