Conexiones con Pakistán
Con las pruebas que apuntaban a que los atentados se habían originado en territorio pakistaní, el 28 de noviembre de 2008 la India solicitó la presencia del teniente general Ahmed Shuja Pasha, director general de la agencia de inteligencia de Pakistán, en el momento de iniciar su proceso de investigación. En un principio, Pakistán accedió a esta petición, pero posteriormente dio marcha atrás y ofreció enviar a India un representante del director general en lugar del propio Pasha. El impacto inmediato de los atentados se dejó sentir en el proceso de paz en curso entre ambos países. Alegando la inacción de las autoridades pakistaníes frente a los elementos terroristas, Pranab Mukherjee, ministro de Asuntos Exteriores de la India, declaró: «Si no actúan, no será lo mismo». Más tarde, India canceló la gira de su equipo de cricket por Pakistán que había sido programada para enero-febrero de 2009.
El intento de India de presionar a Pakistán para que tome medidas contra los terroristas dentro de sus fronteras recibió un fuerte apoyo de la comunidad internacional. La secretaria de Estado estadounidense, Condoleezza Rice, y el primer ministro británico, Gordon Brown, recorrieron tanto India como Pakistán tras los atentados de Bombay. En una oleada de actividad diplomática que se consideró esencialmente un ejercicio de «prevención de conflictos», los funcionarios estadounidenses y otros instaron al gobierno civil de Pakistán a tomar medidas contra los sospechosos de participar en los atentados. Se temía que las tensiones pudieran intensificarse entre los dos vecinos con armas nucleares. Sin embargo, India se abstuvo de acumular tropas en la frontera pakistaní, como hizo tras el atentado del 13 de diciembre de 2001 contra el Parlamento indio, que también fue perpetrado por militantes pakistaníes. En su lugar, India se centró en conseguir el apoyo de la opinión pública internacional a través de diversos canales diplomáticos y de los medios de comunicación. India solicitó al Consejo de Seguridad de la ONU la imposición de sanciones contra Jamaat-ud-Dawa, alegando que el grupo era una organización de fachada de Lashkar-e-Taiba, que había sido prohibida por Pakistán en 2002. Accediendo a la petición de India, el Consejo de Seguridad impuso sanciones a Jamaat-ud-Dawa el 11 de diciembre de 2008 y declaró formalmente al grupo organización terrorista.
Pakistán afirmó haber detenido el 8 de diciembre de 2008 a Zaki-ur-Rehman Lakhvi, alto dirigente de Lashkar-e-Taiba y presunto autor intelectual de los atentados de Bombay. Las fuerzas de seguridad paquistaníes llevaron a cabo redadas en las oficinas de Jamaat-ud-Dawa en todo el país. Sin embargo, esta ofensiva sólo duró unos días, tras los cuales se relajaron los cordones de seguridad que se habían colocado alrededor de las oficinas de Jamaat-ud-Dawa. El primer ministro paquistaní, Yousaf Raza Gillani, declaró que no había que bloquear las actividades de Jamaat-ud-Dawa, ya que «miles de personas se están beneficiando» de lo que describió como «actividades de bienestar» del grupo. Pakistán sostuvo además que India no le había proporcionado pruebas suficientes contra varios sospechosos de terrorismo y que cualquier acción contra estos sospechosos sólo era posible después de que se proporcionaran dichas pruebas «a través de los canales diplomáticos y no de los medios de comunicación.» Pakistán rechazó la demanda de India de extraditar a 20 personas por su presunta implicación en varios atentados terroristas en territorio indio. Sin embargo, durante su juicio de 2011, Headley prestó un testimonio detallado sobre la participación tanto de Lashkar-e-Taiba como de la agencia de inteligencia paquistaní en los atentados de Bombay.