Ngay lập tức, những trinh sát dạn dày kinh nghiệm đã được lãnh đạo Công an huyện An Dương lựa chọn, giao nhiệm vụ.
Một trong 3 đối tượng có tên Ái, là người xã Đại Bản, huyện An Dương và đối tượng có nhiều đặc điểm trùng khớp, có tên họ đầy đủ là Nguyễn Công Ái, sinh 1987, ở xã Đại Bản, huyện An Dương. Dù khẩn trương đến nhà Ái, nhưng hắn đã lẩn biệt tăm.
Lần theo mối quan hệ của hắn, lực lượng phá án phát hiện Ái có quan hệ với Trần Trung Trọng, tức Gan, sinh 1992, ở xã Đại Bản, huyện An Dương; Trần Trung Nhất, tức Lỳ, sinh 1988, ở tổ A5A6 Quán Toan, quận Hồng Bàng - là đối tượng từng có 3 tiền án về các tội lừa đảo chiếm đoạt tài sản và lạm dụng tín nhiệm chiếm đoạt tài sản.
Có một điểm trùng khớp: sau vụ án xảy ra, bộ ba đều không có mặt tại địa phương.
Với những thông tin thu thập được, lãnh đạo Công an huyện An Dương quyết định tung lực lượng lớn hòng tìm ra các đối tượng trong thời gian ngắn nhất. Hoảng sợ trước sự truy lùng ráo riết, ngày 14-4-2011, Trần Trung Trọng ra đầu thú.
Trọng khai đã cùng với Nguyễn Công Ái và Chung - là công nhân của một Công ty ở xã An Đồng, huyện An Dương, gây ra vụ cướp bạc trên.
Căn cứ vào tài liệu, chứng cứ đã thu thập được, ngày 16-4-2011, Công an huyện An Dương đã ra quyết định khởi tố vụ án, khởi tố bị can đối với Trọng và Ái cùng về hành vi cướp tài sản.
Lực lượng phá án cũng nhanh chóng xác định được lý lịch của Chung. Hắn tên là Phạm Tiến Chung, tức Chung “sứt”, sinh 1988, ở Nam Thành, huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định.
Để thuận tiện cho công việc, Chung thuê trọ tại một nhà nghỉ ở phường Quán Toan, quận Hồng Bàng. Thời gian này, Chung khá rảnh bởi Công ty đang cho tạm nghỉ, hưởng 50% mức lương hàng tháng.
Qua mô tả đặc điểm đối tượng của các nhân chứng, trinh sát thấy trùng khớp với lời khai của Trần Trung Trọng về việc Chung là đối tượng đã rút khẩu súng nhằm đe dọa các con bạc để đồng bọn cướp tiền.
Ngày 30-6-2011, Công an huyện An Dương ra tiếp quyết định truy nã đối với Chung cùng về tội cướp tài sản.
Theo dấu chân kẻ cướp bạc, các trinh sát phát hiện được tung tích của Chung. Sau khi gây án, sợ bị sa lưới, Chung đã lẩn về quê, nghe ngóng thông tin. Ngày 7-7-2011, với sự hỗ trợ của Công an huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định, Tổ công tác đã bắt thành công Chung.
Phạm Tiến Chung khai nhận: Do thuê nhà cùng khu Chung quen với Nhất. Qua Nhất, Chung biết đến Trọng, Ái và nhập hội, tham gia các cuộc vui chơi cùng nhau. Để có tiền ăn chơi, cả nhóm rình xem ai sơ hở để ra tay. Khẩu súng hắn mang đi gây án là của Trần Trung Nhất.
Từ đây, kế hoạch vây bắt các đối tượng còn lại đã được lực lượng phá án ráo riết triển khai.
Đến ngày 10-8-2011, qua thời gian kiên trì lần tìm tung tích đối tượng, các trinh sát đã tóm gọn tên Nhất khi hắn vừa đặt chân quay lại địa bàn phường Quán Toan, quận Hồng Bàng nhằm móc nối với đồng bọn để tiếp tục gây án.
Lúc này, sự việc bắt đầu sáng tỏ: 10h ngày 20-3-2011, sau khi lượn lờ một số chỗ, phát hiện có chiếu bạc ở xã Tân Tiến, huyện An Dương, Nguyễn Công Ái gọi điện cho Trần Trung Trọng rủ đi “làm” và đi xe máy đón Trọng.
Quan sát xong, Ái và Trọng ra ngoài bàn kế. Cả hai về nơi trọ của Chung và Nhất, rủ cùng tham gia. Tại đây, Nhất lấy khẩu súng bắn đạn hoa cải giấu sẵn ở trong phòng trọ giao cho Trọng. Vì “người yêu” ở phòng trọ nên Nhất không đi, nên Ái điều khiển xe máy chở Chung và Trọng.
Trên đường đi, Ái phân công Trọng cướp tiền, Chung dùng súng đe dọa các con bạc. Đến nơi, Trọng giả là người xem.
Tthấy các con bạc đang say sưa, không chú ý, đề phòng, Trọng liền giật phắt số tiền trên tay một người, đồng thời cầm bộ cốc chén (là dụng cụ đang chơi xóc đĩa) đập xuống để “dằn mặt”.
Bị cướp, tất cả đối tượng ở chiếu bạc định giằng lại số tiền nhưng Chung đã rút khẩu súng ra đe dọa. Hoảng sợ, tất cả nháo nhào bỏ chạy. Gây án xong, cả ba về chỗ trọ của Chung trả súng cho Nhất, rồi bỏ số tiền vừa cướp ra đếm được 12,8 triệu đồng, chia nhau và tìm đường tháo chạy.