Qua quá trình điều tra, công an thành phố Đà Nẵng đã bắt nghi phạm Phan Thị Hồng Ngọc (SN 1970, trú xã Quế Long, huyện Quế Sơn, Quảng Nam). Tại cơ quan công an, đối tượng Ngọc khai nhận: Ngọc thuê trọ cùng xóm với chị Hiền nên biết cháu Vũ đang gửi ở nhà trẻ. Do thiếu tiền nên trưa ngày 8.10, Ngọc đã giả làm người nhà chị Hiền đến nhà trẻ đón cháu Vũ rồi bắt xe ra thành phố Đông Hà (Quảng Trị). Tại đây Ngọc đã bán cháu Vũ cho gia đình bà Trần Thị L (trú phường1, thành phố Đông Hà) với giá 1,1 triệu đồng rồi bỏ trốn.
Đến 23 giờ ngày 11.10, Công an thành phố Đà Nẵng đã bắt được Ngọc tại một nhà trọ ở phường An Khê (quận Thanh Khê, Đà Nẵng).
Sáng 12.10, Công an thành phố Đà Nẵng đã đưa cháu Vũ từ thành phố Đông Hà (Quảng Trị) về Đà Nẵng trao trả cho chị Hiền.