Tối 25/6, hàng chục cán bộ, chiến sĩ thuộc nhiều lực lượng đã đồng loạt bao vây khách sạn Tây Hồ (Hà Nội). Phòng 204 và 205, nơi băng cướp đang ở, hai nhóm trinh sát (mỗi nhóm 6 người) phục kích từ phía trong.
Ở cầu thang lên xuống và phía bên ngoài khách sạn được bố trí những cán bộ dày dạn kinh nghiệm. Nhưng điều khó khăn nhất đối với lực lượng truy bắt là không biết đích xác tên nào cầm súng. Kiên trì chờ đợi đến khoảng 0h ngày 26/6, các trinh sát phát hiện một nam, một nữ lững thững đi bộ vào. Cả hai đã bị khống chế.
Khai thác nhanh tại chỗ, nhân vật nam cho biết tên là Nguyễn Văn Phú, 35 tuổi, trú tại Phú Thọ, người còn lại là người yêu của anh ta. Phú khai nhận là thủ phạm vụ cướp tiền vừa qua tại Phú Thọ và cho biết trong vụ này hắn được chia 10 triệu đồng.
Đến 1h sáng, 5 người (trong đó có một nữ) đi xe taxi về khách sạn. Hai người nam vào phòng 204, chưa kịp bật đèn đã bị 6 trinh sát ém sẵn từ trước vô hiệu hoá trước sự kinh ngạc của chúng. Nhân vật nam đứng lại trả tiền taxi thì bị nhóm trinh sát phục kích ở vòng ngoài khống chế. Cặp nam nữ vừa bước vào cầu thang máy cũng bị tổ trinh sát ém tại đây bắt giữ.
Ngay trong đêm, nhóm cướp đã được đưa về trụ sở công an để đấu tranh khai thác. Trên xe cảnh sát, Nguyễn Bá Thi, 37 tuổi, ở TP HCM, kẻ đang "sở hữu" tới 2 lệnh truy nã của Công an TP HCM và Công an tỉnh Bình Dương đã trả lời nhỏ giọt từng câu hỏi của điều tra viên.
Ngay sau khi bị bắt, Nguyễn Bá Thi đã bị cơ quan điều tra đưa về Hưng Yên để thu giữ chiếc ôtô hắn dùng để cướp, đang để ở một nhà nghỉ. Trước đó, Thi cùng đồng bọn thuê phòng tại đây, sau đó để lại ôtô và bắt taxi lên Hà Nội nhằm đánh lạc hướng điều tra.
Khi khám xét chiếc ôtô KiA, các điều tra viên cảm thấy "choáng" vì băng cướp chuẩn bị công tác "hậu cần" quá cẩn thận. Chiếc ôtô như một căn nhà di động với đủ đồ ăn, thức uống, quần áo và... võng. Đó là chưa kể các phương tiện dùng để gây án như xà cầy, dây trói, dây xiết cổ, băng dính. Băng cướp này còn có một chiếc Mazda được mua từ chính số tiền cướp được ngày 23/6 tại địa bàn tỉnh Phú Thọ
Ngay trong đêm 26/6, một tổ công tác thuộc Công an Hà Nội được lệnh vào TP HCM bắt giữ Ngô Trùng Phương, kẻ giữ khẩu súng Rulô. Hắn đã bị tóm gọn cùng với khẩu súng và 3 viên đạn khi đang "an dưỡng" trong một khách sạn thuộc phường 26, quận Bình Thạnh.
Trước đó, sáng 23/6, nhóm cướp của Thi đã tấn công, khống chế bảo vệ của Công ty Quản lý đường sông số 1 Việt Trì (Phú Thọ), cướp 300 triệu đồng cùng 8 kg tiền xu. Công ty TNHH Đại Hưng, Khu công nghiệp Thụy Vân, Việt Trì cũng bị băng nhóm này cướp hơn 100 triệu đồng.
