专案组迅速抽调警力，连夜赶往涡阳，与当地警方会合。经过深入调查，警方发现绑匪在勒索电话中，使用的是涡阳本地的公用电话，而且对当地地形非常熟悉，很可能就潜伏在涡阳境内。警方立即在涡阳县城及周边乡镇展开地毯式排查，重点排查网吧、旅馆、出租屋等流动人口密集的场所，同时对全县的公用电话亭进行监控。可周向阳团伙异常狡猾，每次打电话都更换不同的公用电话，而且打完就走，根本不给警方留下追踪的时间。
就在警方紧锣密鼓地展开排查时，富商的家人已经按照绑匪的要求，支付了15.6万元赎金，两名小姐妹也被安全释放。虽然人质被救，但周向阳团伙再次逃脱，这让警方十分懊恼。不过，这次案件也为警方提供了重要线索：绑匪在交接赎金时，留下了一枚指纹；而且根据目击者描述，绑匪驾驶的是一辆改装过的桑塔纳轿车，车牌号被遮挡，但车身颜色为黑色。
结合之前掌握的线索，专案组判断，周向阳团伙很可能会在春节前再次作案，或者分头潜逃。为了彻底将这个犯罪团伙一网打尽，专案组向公安部汇报，请求召开豫鲁苏皖四省警方联席会议，协调各方力量，联合开展抓捕行动。2002年1月17日，公安部在安徽合肥召开豫鲁苏皖四省串并案会议，来自四省的刑侦专家和一线民警齐聚一堂，共同分析案情，制定抓捕方案。会议决定，成立四省联合专案组，由河南省公安厅牵头，统一指挥，协调各方警力，对周向阳团伙展开全面围剿。
会议结束后，豫皖两省警方率先行动，加大了对重点区域的排查力度。周口市公安局紧急抽调200多名刑侦民警和武警官兵，配备了枪支弹药、防弹衣、防爆盾等装备，在周口、商丘、亳州等地的交通要道设卡拦截，对过往车辆和人员进行严格检查。安徽省公安厅则组织警力，对砀山、涡阳、濉溪等周向阳团伙曾经活动过的区域，展开拉网式搜捕，同时发动群众提供线索，悬赏5万元缉拿周向阳等人。
1月24日，一条重要线索传来：周向阳出现在云南河口县，并且频繁与同伙联系。专案组分析认为，周向阳此时前往河口，有两种可能：一是为了购买更多的枪支弹药，准备春节前干一票大的；二是为了安排同伙潜逃到越南。无论是哪种可能，都意味着不能再拖延，必须立即收网。联合专案组决定，兵分多路，同时出击：一路前往云南河口，抓捕周向阳；一路在周口监视韩磊，伺机抓捕；另外几路分别在安徽、江苏等地，对其他团伙成员可能藏匿的地点进行布控。
1月30日清晨，天色未亮，周口鹿邑县新集镇的村庄里一片寂静。潜伏在韩磊家附近的民警，看到韩磊的身影出现在家门口，立即发出信号。几名民警迅速冲上前，将还没反应过来的韩磊按倒在地，当场抓获。在韩磊家中，警方搜出了1支手枪、30多发子弹和一些作案工具。经过审讯，韩磊终于交代了团伙的部分情况，供出了邓永良藏匿在安徽宿州砀山县的一个亲戚家。
半小时后，安徽警方根据韩磊提供的线索，迅速赶到砀山县的那个村庄，在一间偏僻的农房里，将正在睡觉的邓永良抓获。面对警方的审讯，邓永良心理防线崩溃，如实供述了自己参与的所有犯罪事实，并供出了周向阳在云南河口的具体落脚点，以及吴宝玉、张国强、陈锋三人可能藏匿在新疆伊犁的消息。
与此同时，前往云南河口的抓捕小组也抵达了目的地。根据邓永良供出的地址，河口县边境附近的一间出租屋，抓捕民警没有贸然行动。河口的边境线地形复杂，小巷纵横交错，且出租屋紧邻通往越南的秘密便道，一旦打草惊蛇，周向阳很可能越境潜逃。抓捕小组先与当地边防武警取得联系，对出租屋周边实施秘密布控，同时安排两名便衣民警伪装成收水果的商贩，在出租屋门口的巷口蹲守观察。
中午时分，出租屋的门终于打开，一个穿着花衬衫、戴着墨镜的男子走了出来，正是周向阳。他左右张望了片刻，确认没有异常后，朝着巷口的摩托车走去，那是他提前准备好的逃亡工具。当他刚跨上摩托车，拧动油门的瞬间，蹲守的便衣民警立即发出信号。早已埋伏在周围的武警和民警迅速冲出，形成合围之势。
“不许动！警察！”清脆的喝令声打破了边境小巷的宁静。周向阳反应极快，伸手就去腰间摸枪，可还没等他掏出武器，两名民警就已扑上前，死死按住他的手臂，将其按倒在地。在出租屋内，警方搜出了2支手枪、150多发子弹和一本伪造的越南身份证，证实了他准备潜逃的企图。
周向