Oι αστυνομικοί έφθασαν στα ίχνη των δραστών μετά τις αναλύσεις των τηλεφωνικών κλήσεων των δραστών προς την οικογένεια των ομήρων και τη διαπίστωση ότι ορισμένες από αυτές πραγματοποιήθηκαν από διάφορες περιοχές της Αθήνας (την Ομόνοια, την Κηφισιά και το Περιστέρι). Ακόμη οι αξιωματικοί της ΕΛ.ΑΣ. αναγνώρισαν με σχετική ακρίβεια τη φωνή του Βασίλη Παλαιοκώστα στην κασέτα που ακούγεται να ζητούνται λύτρα από την οικογένεια του Γιώργου Μυλωνά. Ωστόσο οι αξιωματικοί της Θεσσαλονίκης συγκέντρωσαν πολύτιμα στοιχεία από την παρακολούθηση του σερβιτόρου-συνεργού του Παλαιοκώστα ο οποίος άρχισε να προχωρεί σε καταθέσεις μεγάλων ποσών στην τράπεζα με προσημειωμένα χαρτονομίσματα. Η Ενωση Ελληνικών Τραπεζών με έγγραφό της είχε ειδοποιήσει όλα τα πιστωτικά ιδρύματα για τους αριθμούς των χαρτονομισμάτων που είχαν δοθεί ως λύτρα στους κακοποιούς. Από την παρακολούθηση του σερβιτόρου εντοπίστηκε το κρησφύγετο του Παλαιοκώστα στη διώροφη κατοικία στη Σουρωτή Θεσσαλονίκης. Η κατοικία αυτή ανήκε στην οικογένεια γνωστού δικηγόρου της Θεσσαλονίκης και είχε ενοικιασθεί από τους απαγωγείς. Ενώ η Ασφάλεια Θεσσαλονίκης είχε δημιουργήσει κλοιό γύρω από το κρησφύγετο των ληστών και ετοίμαζε σχέδιο επέμβασης για να συλλάβει τον Παλαιοκώστα, συνελήφθη αιφνιδιαστικά από αξιωματικούς της ΕΛ.ΑΣ. ο απαγωγέας που ζούσε στο Ακρωτήρι Χανίων. Ο κρητικός κακοποιός εντοπίστηκε να αγοράζει τζιπ αξίας 80.000 ευρώ με τα προσημειωμένα χαρτονομίσματα, να προχωρεί σε καταθέσεις μεγάλων ποσών με αποτέλεσμα να κινήσει τις υποψίες των αστυνομικών. Ετσι, λοιπόν αποφασίστηκε την Τετάρτη το βράδυ η επέμβαση στο σπίτι της Σουρωτής όπου συνελήφθη ο Βασίλης Παλαιοκώστας χωρίς να προβάλει καμιά αντίσταση. Σύμφωνα με αστυνομικούς ο Βασίλης Παλαιοκώστας μόλις τους αντίκρισε τους είπε: «Παραδέχομαι την ήττα μου».