Le propriétaire de l'immeuble dans lequel a logé Mehdi Nemmouche est un certain Tarak Smirani. Il a pris contact avec les autorités après avoir reconnu son locataire sur un avis de recherche diffusé après l'attentat.

Mehdi Nemmouche a dans un premier temps loué une chambre pour un mois. Début avril, il a prolongé son séjour dans une autre pièce de l'immeuble, tout en avertissant son propriétaire qu'il devait se rendre en France au chevet de son père. Tarak Smirani n'a ensuite plus vu l'accusé jusqu'au 24 mai, quelques heures après la tuerie du Musée juif. Mehdi Nemmouche lui a demandé de l'aide pour acheter un billet de bus pour Marseille, ce qui n'a finalement pas pu être concrétisé. Au même moment, le locataire a annoncé qu'il allait quitter prochainement les lieux. Après la publication de l'avis de recherche, la femme de Tarak Smirani s'est souvenue avoir croisé Mehdi Nemmouche à proximité de l'immeuble entre 16h00 et 17h00, soit moins d'une heure après les faits. Il portait, selon elle, un costume sombre et trois sacs, et semblait pressé.

Lors d'une perquisition, les enquêteurs retrouveront notamment dans la poubelle de la chambre de Mehdi Nemmouche les emballages de cartes SIM découvertes sur lui lors de son arrestation à Marseille ainsi qu'une boîte-à-chaussures correspondant à celles qu'il portait. Des traces de baskets peuvent également être reliées "avec certitude" à une paire trouvée dans ses bagages le 30 mai.

Le lendemain et le surlendemain de l'attentat, Mehdi Nemmouche a rencontré des acheteurs auxquels il a respectivement vendu une caméra GoPro et une console de jeu. Durant le mois d'avril, l'enquête de téléphonie révélera que l'accusé a eu de nombreux contacts avec des numéros attribués à deux de ses anciens co-détenus, Mounir Attallah et Nacer Bendrer.