5月17日上午，雷洋家属向北京市检察院递交了报案书。雷洋家属认为，参与经办雷洋案件的所有民警涉嫌犯罪，原因在于“没有证据可以证明雷洋嫖娼”、“公安执法整个过程严重违反法律规定”。检方称，将研究决定是否受理。
报案书显示，报案人系雷洋之妻吴某。吴某举报，北京市公安局昌平分局参加办理雷洋涉嫌“嫖娼”案件的相关警察、辅警“涉嫌故意伤害（致人死亡）罪、滥用职权罪、帮助伪造证据罪”，吴某请求“对涉嫌犯罪的全部办案人员立案侦查，对初查已经构成犯罪的嫌疑人，立即采取刑事强制措施，依法追究刑事责任。”
报案书称：“报案人认为，5月7日晚21时参与经办雷洋案件的所有民警的行为，在没有证据能够证实雷洋有嫖娼行为的情况下，对其进行挟持和暴力殴打伤害，致其在十几分钟内即被打濒临死亡。延误时间没有及时抢救，致被害人雷洋在不到50分钟内即死亡。一个年轻健康的人，因警察滥用职权的执法行为，离开了人世。因滥用职权犯罪导致的故意伤害行为，导致了致人死亡的后果，情节极为恶劣。事后又进行了一系列的掩盖和伪造证据行为，已经构成滥用职权罪、和故意伤害（致人死亡）罪、帮助伪造证据罪。”
报案书还称，警察向家属通报时亲口陈述“进行了暴力殴打”。家属在中医院太平间和北京市公安局法医中心尸检前，两次均看到雷洋身上右额部被重击淤肿、阴部睾丸肿胀、右上臂、腰部、脸部都有严重伤痕。
5月13日，北京市昌平区检察院相关负责人接受新华社记者采访时表示，检方依法介入后，按照程序进行初查，已陆续开展对事发现场的勘验，向雷某家属、社区居民和办案民警了解核实情况，调取有关视频资料等工作。调查工作得到有关机关单位、死者家属及相关个人的配合，已提取的视频材料正由北京市检察院技术部门进行检验鉴定。
根据《刑事诉讼法》第十八条规定 ：国家工作人员的渎职犯罪，国家机关工作人员利用职权实施的非法拘禁、刑讯逼供、报复陷害、非法搜查的侵犯公民人身权利的犯罪以及侵犯公民民主权利的犯罪，由检察院立案侦查。对于国家机关工作人员利用职权实施的其他重大的犯罪案件，需要由检察院直接受理的时候，经省级以上检察院决定，可以由检察院立案侦查。
报案书称，本案中，雷洋非正常死亡案件，在北京市甚至在全国都造成了极为恶劣的影响，已经成为全国和国际上都关注的案件。因此应由北京市人民检察院立案管辖。
据介绍，《人民检察院直接受理立案侦查职务犯罪案件管辖规定》第二条：检察院对直接受理的渎职侵权等职务犯罪案件，实行分级立案侦查。省、自治区、直辖市检察院立案侦查在本省、自治区、直辖市有重大影响的职务犯罪案件。
《人民检察院刑事诉讼规则》第十三条：检察院对直接受理的案件实行分级立案侦查的制度。省、自治区、直辖市检察院立案侦查全省（自治区、直辖市）性的重大犯罪案件。
据界面新闻记者了解，该报案书还附有雷洋家属的谈话笔录，雷洋手机通话记录等八份证据材料。