Larsson kiterjedt nyomozást folytatott az Olof Palme svéd kormányfő elleni 1986-os gyilkos merénylet hátterének felderítésére. Jan Stocklassa újságíró a néhai szerző hatalmas archívumának alapján állított össze egy könyvet (Stieg Larssons arkiv: Nyckeln till Palmemordet), amely Stieg Larsson öröksége címmel hamarosan németül is megjelenik.
Olof Palme szociáldemokrata politikus 1986-ban a moziból tért haza feleségével, amikor a nyílt utcán lelőtte egy merénylő. Az ügy gyanúsítottját eredetileg elítélték a gyilkosságért, de később felmentették bizonyítékok hiánya miatt. A gyilkossági ügy azóta is felderítetlen.
A kormányfőnek számos politikai ellenfele volt, felmerült, hogy mint az apartheidrendszer ellenségét, Dél-Afrikából rendelték meg a meggyilkolását, de svéd szélsőjobboldali szálak is előtűntek a lehetséges indítékok között. Larsson nyomozása egy konkrét személyhez vezetett. Egy szélsőjobboldali férfira gyanakodott, aki nem titkolta Palme elleni gyűlöletét. A rendőrség is nyomozott utána, de felesége igazolta az alibijét a kérdéses éjszakára.
Az asszony azonban később elismerte Larssonnak, hogy hazudott, és férje nem volt otthon, sőt, egy olyan revolvere is volt, amilyennel a kormányfőt megölték.
Stocklassa minden, Larsson által készített anyagot feldolgozott, dokumentumokat, jegyzeteket, cikkeket, képeket. Az újságíró szerint Larsson haláláig dolgozott a Palme-ügyön.
