Ngay sau đó, CAH Thủy Nguyên phối hợp với Công an xã Thủy Sơn đã có mặt tại địa bàn thôn Dực Liễn, xác 2 thanh niên trên chính là 2 đối tượng trong vụ án đang điều tra, đã tiến hành bắt giữ. Lúc đó là sáng 24-3.
Tại cơ quan công an, 2 đối tượng khai là Nguyễn Văn Dũng (SN 1991, nghiện ma túy) và Trần Ngọc Tuấn (SN 1989, từng có 2 tiền án về tội trộm cắp và cưỡng đoạt tài sản, mới ra tù năm 2012) cùng trú tại khu 5, thị trấn Diêm Điền, huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình. Trước đó, Dũng và Tuấn cùng Vũ Anh Tuấn (SN 1992) và Bùi Ngọc Đoàn (SN 1987), đều trú tại thị trấn Minh Đức, huyện Thủy Nguyên đã gây ra nhiều vụ cướp giật tại cửa hàng vàng bạc và điện thoại di động trên địa bàn huyện Thủy Nguyên.
Quá trình điều tra, cơ quan Công an đã làm rõ và bắt giữ Vũ Anh Tuấn, Bùi Ngọc Dũng; còn Nguyễn Văn Dũng và Trần Ngọc Tuấn bỏ trốn, ẩn náu tại các tỉnh Quảng Ninh, Hải Dương, Thái Bình rồi quay lại Hải Phòng. Cùng thời điểm ngày 24-3, nhờ thông tin tố giác của nhân dân xã Lưu Kiếm, CAH Thủy Nguyên cũng đã bắt giữ đối tượng trong vụ truy sát chém người trước đó tại Hang Lương, huyện Thủy Nguyên là Nguyễn Đình Hùng (SN 1989) trú tại xã Lưu Kỳ, huyện Thủy Nguyên.
