Ngay sau khi sự việc xảy ra, Công an TP Nam Định đã thành lập chuyên án và bước đầu xác định nhóm đối tượng là người thuộc địa bàn TP Hải Phòng. Đến ngày 9-4, qua sàng lọc đối tượng và bằng các biện pháp nghiệp vụ, tổ chuyên án xác định danh tính 2 trong 3 đối tượng tham gia vụ cướp là Bùi Duy Xuân (35 tuổi, trú tại số 9, đường 5/1, phường Quán Toan, quận Hồng Bàng, TP Hải Phòng) và Lê Văn Tuấn (35 tuổi, trú tại xã Nam Sơn, huyện An Dương, TP Hải Phòng). Vào lúc 22h cùng ngày, lực lượng công an đã bắt Bùi Duy Xuân tại phường Quán Toan, còn Tuấn đã bỏ trốn.
Qua lời khai của Xuân, xác định Tuấn là kẻ đã chém Thượng sỹ Trần Ngọc Thắng (SN 1989), thuộc Đồn Công an Hoà Xá (TP Nam Định), còn đối tượng thứ ba tên là Nam. Tiếp đó, lúc 1h sáng 21-4, nhận được tin Tuấn và Nam đang trốn tại một nhà nghỉ trên đường Phạm Văn Đồng, quận Dương Kinh, TP Hải Phòng, Công an Nam Định đã phối hợp với Công an Hải Phòng vây bắt và đến 5h sáng bắt được cả hai đối tượng này. Đối tượng Nam có tên đầy đủ là Nguyễn Văn Nam (26 tuổi), trú tại xã Lê Thiện, huyện An Dương, TP Hải Phòng. Khám nơi trú ẩn của Nam và Tuấn, lực lượng chức năng thu giữ được đao, mã tấu, trong đó 1 chiếc Tuấn đã dùng để chém Thượng sỹ Thắng, cùng bộ dụng cụ chuyên để ăn trộm gồm bình hơi, đèn khò, kìm cộng lực và một hộp đen tang vật trong một vụ trộm xe container khác.
Như đã đưa tin, trước đó vào khoảng 1h30 ngày 4-4, 3 đối tượng dùng mã tấu và kiếm đã đe dọa tổ bảo vệ cổng số 2 của Công ty TNHH Youngone Nam Định và lấy đi hộp đen loại đặc chủng của xe container (trị giá khoảng 60-70 triệu đồng). Nhận được tin báo, Thượng sỹ Trần Ngọc Thắng (SN 1989) cùng 4 đồng chí khác triển khai xuống hiện trường. Trong quá trình truy đuổi các đối tượng, Thượng sỹ Trần Ngọc Thắng đã bị đối tượng cầm mã tấu chém 1 nhát làm đứt lìa bàn tay trái. Thượng sỹ Trần Ngọc Thắng ngay sau đó được đưa đi cấp cứu tại Bệnh viện Việt- Đức (Hà Nội) để tiến hành phẫu thuật nối lại bàn tay.
