Được sự hỗ trợ của các đơn vị nghiệp vụ Bộ Công an, Giám đốc Công an tỉnh đã huy động hàng trăm cán bộ, chiến sỹ tiến hành đồng bộ các biện pháp điều tra. Kết quả sau 5 ngày tập trung điều tra, đến ngày 29/8 qua công tác điều tra truy xét lực lượng công an đã phát hiện đối tượng Lê Văn Luyện có nhiều biểu hiện nghi vấn liên quan đến vụ án. Tuy nhiên, Luyện đã bỏ trốn khỏi nơi cư trú.
Ngay sau đó, cơ quan CSĐT Công an tỉnh Bắc Giang đã ra lệnh bắt, khám xét khẩn cấp đối với Lê Văn Luyện về tội giết người, cướp tài sản. Các đối tượng Trương Thanh Hồng (SN 1992) là anh họ Luyện; Lê Văn Miên (SN 1969); Trương Thị Thơm (SN 1973, vợ Lê Văn Miên) cùng trú tại xã Thanh Lâm (Lục Nam, Bắc Giang) về tội che giấu tội phạm và Trương Văn Hợp (SN 1964, bố đẻ Trương Thanh Hồng) về tội không tố giác tội phạm.
Hiện lực lượng công an đang nỗ lực huy động mọi lực lượng, áp dụng các biện pháp nghiệp vụ để truy tìm và bắt giữ Luyện trong thời gian sớm nhất.