Nhận được thông tin, Đội CSHS CAQ Hoàng Mai phối hợp với các phòng nghiệp vụ CATP đã khẩn trương tổ chức khám nghiệm, điều tra. Từ những dấu vết để lại, Cơ quan CSĐT nhận định hung thủ gây án ít nhất phải từ 2 đối tượng trở lên và rất chuyên nghiệp. Trong quá trình điều tra, CAQ Hoàng Mai phát hiện trước thời điểm gây án, khu vực nhà chị Lý xuất hiện 2 đối tượng và đã bị camera gần đó ghi lại. Tuy nhiên, do khoảng cách quá xa, chất lượng camera thấp nên khó nhận dạng được các đối tượng ngoài BKS chiếc xe máy khá mờ.
Từ thông tin ít ỏi song vô cùng quan trọng này, Đội CSHS CAQ Hoàng Mai đã tập trung rà soát các xe máy có BKS nằm trong diện nghi vấn. Lần lượt xác minh, ban chuyên án đã xác định được chiếc xe máy nghi vấn có BKS: 29E1-085.81. Lần theo BKS, Đội CSHS đã xác định được chủ nhân đăng ký chiếc xe. Tuy nhiên, người chủ này cho hay đã bán chiếc xe trên từ khá lâu. Phải qua vài ba chủ sở hữu khác, các trinh sát mới xác định được chủ sở hữu hiện tại của chiếc xe. Kế hoạch bắt giữ đối tượng được Đội CSHS vạch ra chi tiết.
Sáng 17-12, nghi can Nguyễn Văn Tính (SN 1992) HKTT tại khu 1, Vĩnh Phú, Phù Ninh, Phú Thọ hiện ở phường Tân Mai, Hoàng Mai điều khiển chiếc xe máy trên về phòng trọ. Vừa dừng xe, tắt máy, Tính đã bị 2 trinh sát khống chế, đưa về trụ sở đấu tranh. Sau vài tiếng quanh co, cuối cùng, Tính đã phải khai nhận cùng đồng bọn là Đoàn Quốc Việt (SN 1979) HKTT tại Mai Hương, Bạch Mai, Hai Bà Trưng là thủ phạm gây ra vụ trộm cắp táo tợn trên.
Khoảng 13h ngày 16-12, Nguyễn Văn Tính rủ Đoàn Quốc Việt đi trộm cắp lấy tiền tiêu xài. Cả hai đi xe máy, chuẩn bị xà cầy, vào khu vực phường Định Công tìm sơ hở của nhà dân để trộm cắp. Khi tới tổ 2A phường Định Công, Việt phát hiện cửa cổng, cửa nhà của chị Lý khóa ngoài, không có ai ở trong, đã dùng xà cầy phá khóa. Vào trong, Việt lấy chiếc máy tính xách tay cho vào ba lô. Leo lên tầng 2, đối tượng phát hiện dưới bàn phấn có để chiếc két sắt, đã gọi Tính vào trùm chăn lên cùng khiêng ra xe rồi tẩu thoát. Về đến nhà, chúng dùng xà cầy phá két sắt, đốt hết giấy tờ, tài liệu quan trọng của bị hại. Số vàng, nhẫn, tiền trong két chúng chia nhau. Cả hai mang chiếc két vứt ở mương nước khu vực Ao Sào, Thịnh Liệt để phi tang.
Chỉ sau 2 ngày bỏ trốn, biết không thể chạy thoát, Việt đã tới cơ quan công an đầu thú. Hiện CAQ Hoàng Mai đã thu hồi lại số tài sản trong vụ án, đồng thời ra quyết định khởi tố vụ án, khởi tố bị can đối với hai đối tượng Đoàn Quốc Việt và Nguyễn Văn Tính về hành vi trộm cắp tài sản.
