Ngay khi nhận được tin báo, Giám đốc Công an TP Hà Nội đã chỉ đạo các phòng nghiệp vụ phối hợp với Công an quận Nam Từ Liêm khẩn trương tổ chức khám nghiệm hiện trường, điều tra làm rõ vụ việc; đồng thời báo cáo lãnh đạo Bộ Công an.
Xác định đây là vụ án đặc biệt nghiêm trọng, gây hoang mang dư luận xã hội, lãnh đạo Bộ Công an đã chỉ đạo các đơn vị nghiệp vụ của Bộ Công an và Công an các tỉnh, TP phối hợp, hiệp đồng chặt chẽ với Công an TP Hà Nội triển khai đồng bộ, tổng hợp các biện pháp nghiệp vụ để điều tra làm rõ, truy bắt đối tượng, xử lý nghiêm theo quy định của pháp luật.
Đến 19 giờ 40 ngày 3-2, sau năm ngày xảy ra vụ án, lực lượng Công an đã phát hiện, bắt giữ Nguyễn Cảnh An là đối tượng nghi vấn gây ra vụ án mạng giết cướp tài xế taxi nêu trên.
Tại cơ quan điều tra, bước đầu đối tượng An đã thừa nhận hành vi gây án. Nguyên nhân là do An không có nghề nghiệp ổn định lại thường xuyên chơi điện tử trên mạng, không có tiền nên đã nảy sinh ý định cướp tài sản của lái xe taxi nhằm thỏa mãn nhu cầu cá nhân.