เมื่อวันที่ 22 มกราคม สำหรับเบื้องหลังการจับกุมครั้งนี้ ภายหลังเกิดเหตุทาง พล.ต.อ.จักรทิพย์ ชัยจินดา ผบ.ตร. พล.ต.ต.จิรภพ ภูริเดช ผู้บังคับการกองปราบปราม (ผบก.ป.) สั่งการให้ พ.ต.อ.อรุณ วชิรศรีสุกัญยา ผู้กำกับการ 2 กองปราบปราม (ผกก.2 บก.ป.) พ.ต.อ.บุญลือ ผดุงถิ่น ผกก.3 บก.ป. และ พ.ต.อ.วิจักขณ์ ตารมย์ ผู้กำกับการกองสนับสนุน กองปราบปราม (ผกก.สสน.บก.ป.) นำกำลังเจ้าหน้าที่ชุดปฏิบัติการกองปราบฯ ลงพื้นที่สืบสวนสอบสวนแกะรอยผู้ต้องหารายนี้ จนกระทั่งประมาณ 1 สัปดาห์ ก่อนหน้านี้ทางเจ้าหน้าที่ชุดคลี่คลายคดีของกองปราบฯได้รับแจ้งเบาะแสจากพลเมืองดีว่าคนร้ายที่ก่อเหตุดังกล่าวน่าจะเป็น นายประสิทธิชัย เขาแก้ว หรือกอล์ฟ อายุ 39 ปี ผู้อำนวยการโรงเรียนโพธิ์ชัยสิงห์บุรี จึงดำเนินการพิสูจน์ทราบพร้อมกับรวบรวมพยานหลักฐานโดยใช้เวลาสืบสวนประมาณ 7 วัน ก็พบว่ามีหลักฐานหลายอย่างโดยเฉพาะอาวุธปืนที่ใช้ก่อเหตุเกี่ยวพันกับนายประสิทธิชัย พร้อมกับหลักฐานอื่นๆ เชื่อมโยงว่าเป็นผู้ลงมือก่อเหตุดังกล่าว จึงได้ประสานให้พนักงานสอบสวนกองปราบปรามรวบรวมพยานหลักฐานขอหมายจับจากศาลอาญา กระทั่งศาลออกหมายจับเมื่อวันที่ 21 ม.ค.ที่ผ่านมา แหล่งข่าวกล่าวว่า เมื่อทราบตัวผู้ก่อเหตุแน่ชัดประกอบกับศาลออกหมายจับแล้ว พล.ต.ต.จิรภพจึงสั่งการให้ พ.ต.อ.วิจักขณ์ นำเจ้าหน้าที่ชุดปฏิบัติการพิเศษ “หนุมาน” กองปราบฯ ตามแกะรอยจนทราบที่กบดานของผู้ต้องหารายนี้ว่ามีบ้านพักอยู่ในพื้นที่ จ.ลพบุรี และจะมีกำหนดการขับรถเดินทางไปสอนหนังสือที่โรงเรียนโพธิ์ชัยสิงห์บุรี จ.สิงห์บุรี ในช่วงเช้า หน่วยหนุมาน จึงจัดกำลังพร้อมยุทโธปกรณ์ครบมือเฝ้าสังเกตการณ์ กระทั่งเห็นนายประสิทธิชัยกำลังขับรถยนต์ยี่ห้อบีเอ็มดับเบิลยู รุ่นซีรีส์ 5 สีดำ ทะเบียน 7กณ493 กทม. จึงขับรถสะกดรอยติดตามนายประสิทธิชัย ไปจนถึงบริเวณทางหลวงสาย 311 ต.ท่าวุ้ง อ.ท่าวุ้ง จ.ลพบุรี จึงแสดงตัวพร้อมอาวุธหนักครบมือบุกจู่โจมชาร์จจับกุม โดยระระหว่างที่เข้าจับกุมนั้นนายประสิทธิชัย ไม่มีท่าทีขัดขืนหรือต่อสู้เจ้าหน้าที่เพราะตั้งตัวไม่ติด ทั้งนี้จากการตรวจค้นภายในรถไม่พบอาวุธปืนที่ใช้ในการก่อเหตุ แต่พบกระสุนปืนขนาด 9 มม. ซึ่งเป็นขนาดเดียวกันกับที่ก่อเหตุ อยู่ภายในรถจำนวนหลายนัด จึงได้ทำการยึดไว้เป็นหลักฐาน จากนั้นจึงควบคุมตัวไปสถานีตำรวจท่องเที่ยว 2 กองกำกับการ 2 กองบังคับการตำรวจท่องเที่ยว 1 (ลพบุรี) โดยมี พล.ต.อ.จักรทิพย์ ชัยจินดา ผบ.ตร. พล.ต.อ.ชัยวัฒน์ เกตุวรชัย พล.ต.อ.สุวัฒน์ แจ้งยอดสุข พล.ต.อ.สุชาติ ธีระสวสัดิ์ รอง ผบ.ตร. พล.ต.ท.วิสนุ ปราสาททองโอสถ ผู้ช่วย ผบ.ตร. พล.ต.ท.อำพล บัวรับพร ผบช.ภ.1 พล.ต.ต.อิทธิพล อัจฉริยะประดิษฐ์ รอง ผบช.น. พ.ต.อ.นพศิลป์ พูลสวัสดิ์ รอง ผบก.สส.บช.น. ร่วมสอบสวน แหล่งข่าวกล่าวด้วยว่า จากการสอบสวนนายประสิทธิชัยให้การรับสารภาพว่าสาเหตุที่ลงมือก่อเหตุนั้นเพราะรู้สึกเบื่อกับชีวิต ต้องการหาความท้าทาย ตื่นเต้น ชีวิตจะได้มีสีสัน นอกจากนี้ยังรู้ตัวดีว่าหลังก่อเหตุจะถูกตำรวจตามจับกุมตัวได้อยู่แล้ว ส่วนอาวุธปืนที่ใช้ในการก่อเหตุนั้นเป็นปืนยี่ห้อ CZ รุ่น SP 01 ซึ่งเป็นปืนของพ่อที่เป็นอดีตตำรวจ หลังจากก่อเหตุเสร็จก็นำไปคืนพ่อเมื่อวันที่ 10 ม.ค. ส่วนรถจักรยานยนต์ยี่ห้อฟีโน่ สีแดง รุ่นปี 2008 เป็นรถจักรยานยนต์ของพ่อตา ซึ่งยืมมาเพื่อใช้ในการก่อเหตุ และรถคันดังกล่าวนำไปคืนให้กับพ่อตาแล้ว แม้คำให้การของผู้ต้องหาจะเป็นประโยชน์ต่อรูปคดีแต่ทางเจ้าหน้าที่ยังไม่เชื่อคำให้การในบางส่วน และจะสอบอย่างละเอียดอีกครั้งเพื่อพิสูจน์ทราบข้อเท็จจริง ก่อนจะเตรียมนำตัวไปแถลงที่ สตช. ต่อไป พล.ต.ต.จิรภพกล่าวว่า ส่วนหนึ่งของการแกะรอยหาเบาะแสจนนำไปสู่การจับกุมคนร้ายนั้น ทางเจ้าหน้าที่ต้องขอขอบคุณประชาชนชาวบ้านที่ให้ความร่วมมือช่วยแจ้งเบาะแสผู้ต้องสงสัยต่างๆ ซึ่งในส่วนนี้ทางกองปราบเปิดกว้างและให้ความสำคัญอยู่แล้ว จะเห็นได้ว่าที่ผ่านมาทางกองปราบมีการเปิดช่องทางติดต่อกับประชาชนผ่านทางสื่อสังคมออนไลน์ต่างๆ ซึ่งไม่ใช่เฉพาะคดีนี้เพียงเท่านั้นแต่ยังรวมไปถึงคดีอื่นๆ อีกด้วย ต่อมาทาง พล.ต.ท.สุทิน ทรัพย์พ่วง ผู้บัญชาการตำรวจสอบสวนกลาง (ผบช.ก.) สั่งการให้ พล.ต.ต.ต่อศักดิ์ สุขวิมล รอง ผบช.ก. เดินทางลงพื้นที่ จ.ลพบุรี และจ.สิงห์บุรี เพื่อเข้าควบคุมการสืบสวนขยายผลและหาพยานหลักฐานเพิ่มเติม เพื่อประกอบสำนวนการสอบสวนอีกทางหนึ่งด้วย
