Tiếp nhận đơn trình báo của bị hại, Đồn Công an số 1 đã tập trung lực lượng, rà soát, lấy lời khai của các nhân chứng để “dựng” nhân thân tên trộm. Cơ quan Công an nhận định, đối tượng liều lĩnh như vậy rất có thể đã quen thuộc địa bàn. Thời điểm gây án khá muộn, đối tượng chưa có thời gian tẩu tán tang vật nên rất có thể vẫn quanh quẩn xung quanh khu vực Phú Đô. Bằng các biện pháp nghiệp vụ, Đồn Công an số 1 đã xác định được đối tượng gây án là Phạm Văn Tú (SN 1991), trú tại xóm 1, thôn Phú Đô. Tú có 1 tiền án về tội lạm dụng tín nhiệm chiếm đoạt tài sản. Sau khi xác định được đối tượng gây án, 23h50 ngày 20-12, lực lượng hình sự Đồn Công an số 1 đã bắt giữ được Tú và thu hồi chiếc xe máy tang vật vụ trộm.
Tại cơ quan Công an, Tú khai đang đi bộ trên đường về nhà, thấy chiếc xe máy có cắm khóa điện nên đã nảy sinh ý định trộm cắp. Lang thang gần 2 tiếng đồng hồ mà không bán được xe, Tú mò về nhà thì bị lực lượng hình sự Đồn Công an số 1 tóm gọn.