Đến nửa đêm, lệnh giới nghiêm và thiết quân luật được ban bố. Tin đồn về việc ba người đã chết bắt đầu lan truyền, tạp chí Newsweek đưa tin rằng cảnh sát đã ném chất gây phồng rộp (en) vào đám đông. Có một số nguồn tin cậy cho rằng ông Diệm đang lập kế hoạch cho một cuộc xung đột quân sự với người Phật giáo.[22][23] Một ngày sau cuộc tấn công, ông Diệm đã bổ nhiệm Trần Ngọc Châu (en) làm tỉnh trưởng tại Đà Nẵng - thành phố lớn nhất miền Trung Việt Nam, đây được xem là một nỗ lực nhằm xoa dịu các cuộc biểu tình.[26] Trong khi đó, những người tham gia biểu tình mà không phải nhập viện đã quay về chùa và duy trì lệ ăn chay. Đáp lại, chính quyền đã thiết lập hàng rào kẽm gai xung quanh chùa và ngắt điện, nước. Mọi hoạt động ra vào xung quanh khu vực đều bị lực lượng cảnh sát ngăn chặn.[28]

Tổng Lãnh sự Hoa Kỳ John Helble nghi ngờ các binh sĩ lục quân VNCH đã sử dụng hơi cay,[24] trong một báo cáo gửi Đại sứ quán Hoa Kỳ tại Sài Gòn, ông Helble đã ghi nhận rằng "có khả năng đã sử dụng một loại khí khác, gây nên các vết phồng rộp trên da". Mặc dù chất này chưa được xác định, nhưng ông Helble nhấn mạnh rằng Bộ Ngoại giao Hoa Kỳ đang bày tỏ mối lo ngại về khả năng đã sử dụng khí độc, bởi các triệu chứng xuất hiện không đồng nhất với việc tiếp xúc với hơi cay thông thường.[22]

Ông Helble cho rằng nếu việc này là thật, Hoa Kỳ nên yêu cầu Tổng thống Diệm lên án hành vi của quân đội và xử lý những người có liên quan. Trong trường hợp ông Diệm từ chối, Hoa Kỳ cần đe dọa lên án công khai và cắt đức mối quan hệ với Sài Gòn.[22] Trong khi Hoa Kỳ đang lên án việc sử dụng lực lượng quân đội để đàn áp các cuộc biểu tình dân sự, chính phủ Việt Nam Cộng hòa cho rằng lực lượng cảnh sát tại Huế không được huấn luyện chống bạo động như đồng nghiệp của họ tại Sài Gòn. Chính quyền Ngô Đình Diệm đã yêu cầu Hoa Kỳ đưa 350 quân nhân từ Vũng Tàu ở phía Nam để ổn định tình tại Huế, nhưng Hoa Kỳ đã từ chối yêu cầu này. Vào ngày hôm sau, William Trueheart - người giữ quyền lãnh đạo Đại sứ quán Hoa Kỳ tại Sài Gòn trong thời gian Đại sứ Frederick Nolting đi vắng đã trực tiếp thảo luận với Bộ trưởng Ngoại giao Nguyễn Đình Thuần, cả hai người đã đã thảo luận về những cáo buộc về việc sử dụng khí gây phồng rộp. Ông Thuần tỏ ra ngạc nhiên và hỏi Trueheart về khái niệm "khí gây phồng rộp", ông Trueheart đã giải thích rằng các triệu chứng mà nạn nhân gặp phải tương đồng với triệu chứng khi tiếp xúc với khí mù tạt. và ông cũng đã đưa ra lời cảnh báo từ phía Hoa Kỳ: nếu chính quyền này tiếp tục sử dụng vũ khí hóa học trong các cuộc tấn công, Hoa Kỳ sẽ không ngần ngại lên án công khai.[23][24] Sau các cuộc tấn công, đã có thông tin trên báo cho biết Không quân Hoa Kỳ đã tham gia vận chuyển binh sĩ thuộc Sư đoàn Nhảy dù đến Huế.[26] Tuy nhiên sau hai ngày, một phát ngôn viên của Bộ Ngoại giao Hoa Kỳ đã phủ nhận thông tin trên, khẳng định rằng không có máy bay hay nhân viên Hoa Kỳ nào tham gia vào việc vận chuyển quân nhân hay cảnh sát Việt Nam.[28]

Ông Thuần đã cho tiến hành một cuộc điều tra về việc sử dụng vũ khí hóa học với những người biểu tình. Kết quả điều tra đã giúp chính quyền Ngô Đình Diệm thoát khỏi những cáo buộc nghiêm trọng nhất việc sử dụng khí độc và khí mù tạt. Trước khi chính quyền Ngô Đình Diệm bị đảo chính vào tháng 11, báo cáo của cuộc điều tra tuyên bố rằng chỉ có lựu đạn hơi cay được sử dụng. Thêm vào đó, chất lỏng từ lựu đạn đã trút trực tiếp lên người biểu tình sau khi chúng không bay hơi như thiết kế ban đầu. Trước tháng 2 năm 1964, một ủy ban do tướng Trần Văn Đôn chủ trì đã đưa ra kết luận rằng loại hơi cay được sử dụng là do lực lượng thực dân Pháp để lại từ thập kỷ 1950. Loại hơi cay này được chứa trong các bình thủy tinh dưới dạng lỏng và sẽ chuyển thành dạng khí khi tiếp xúc với axit. Nguyên nhân gây ra vết thương được cho là do axit không thể chuyển hợp chất từ dạng lỏng sang dạng khí như mong đợi. Các nhà hóa học thuộc Quân đội Hoa Kỳ tại Maryland đã xác nhận rằng loại hơi cay được sử dụng có nguồn gốc từ các bình chứa từ thời Cộng hòa Pháp tham gia chiến tranh thế giới thứ nhất.[23] Trong Thế chiến I, quân Pháp đã sử dụng hơi cay - một hỗn hợp của chloroacetone và ethyl bromoacetate để đối phó với quân Đức tại trận Ypres của mặt trận phía Tây.[29] Loại hơi này nổi tiếng vì khả năng gây kích ứng mạnh lên niêm mạc.[30]

Chloroacetone chuyển sang màu nâu cam khi tiếp xúc với ánh sáng,[31][32] trong khi ethyl bromoacetate chuyển thành màu vàng ở nhiệt độ môi trường ngoại vi nhiệt đới.[33] Cả hai chất này đều có màu sắc tương tự như chất lỏng đã được sử dụng trên người biểu tình.[34] Mặc dù một số loại hơi cay của Pháp có chứa các chất có thể gây tử vong như phosgene oxime.[lower-alpha 1] hoặc hydrogen cyanide[36] nhưng không một người nào thiệt mạng trong sự kiện này.[25]