Chưa đầy một tuần sau khi gây án, đối tượng Trần Hữu Trung đã buộc phải ra đầu thú bởi tất cả những con đường y trốn chạy đều bị bịt kín, thiết chặt lại không còn đường thoát. Ngay trong sáng Chủ Nhật 26-4, đối tượng đã bị các trinh sát của "số 7" Phòng CSHS, CATP Hà Nội di lý lên Vĩnh Phúc để thu giữ tang vật là khẩu súng gây án
Với tính chất đặc biệt nghiêm trọng của vụ án, công tác truy bắt cũng như thu giữ tang vật của lực lượng CSHS Thủ đô và các đơn vị phối hợp diễn ra rất nhanh chóng, chính xác. Nhiều tuyến đường biên giới, đường rừng, lối mở, các Quốc lộ...nơi đối tượng có thể đi qua, hoặc tìm cách bỏ chạy đều bị lực lượng truy bắt phong tỏa
Đối tượng Trần Hữu Trung bị các trinh sát đưa đi xác định vị trí nơi giấu khẩu súng gây án ở khu vực hồ Đại Lải, Vĩnh Phúc
Tại Vĩnh Phúc, trực tiếp Đại tá Nguyễn Thanh Tùng, Thủ trưởng Cơ quan CSĐT, Phó Giám đốc CATP Hà Nội và Đại tá Nguyễn Bình, Trưởng Phòng CSHS đã hỏi cung, truy vấn buộc đối tượng Trần Hữu Trung phải thành khẩn khai báo nơi cất giấu khẩu súng sau khi gây án
