刘平接到消息后，立刻赶到看守所。经过勘查，民警发现牢房的铁窗有明显的锯痕，地面上散落着一些铁屑，茅坑的木板下面藏着一把维修用的钳子。“这把钳子是看守人员的，三天前在例行检查时丢失，我们查了很久都没找到。”看守所所长脸色苍白地说，“没想到被魏振海藏起来了。”
通过对同牢房犯人的审讯，专案组终于还原了魏振海越狱的全过程。原来，魏振海入狱后，就一直在策划越狱。他先是故意绝食，让看守所派两名轻刑犯齐向东和牛伟给他喂水喂饭，逐渐拉拢两人。在一次例行检查时，一名狱警因为隔壁牢房发生殴斗，慌乱中丢失了钳子，被魏振海用脚踩住，偷偷藏了起来。
“他说他在广州有100万巨款，藏在一个朋友家里，等我们出狱后就分给我们。”齐向东交代道，“他还说要给我们写个字据，让我们帮他打开手铐脚镣。我们一时糊涂，就答应了他。”在齐向东和牛伟的帮助下，魏振海打开了手铐脚镣，然后用钳子和偷偷磨尖的铁片，锯断了牢房的铁窗。
3月28日凌晨，魏振海指挥齐向东和牛伟用被子撕成的布条，将同牢房的其他犯人捆绑起来，堵住嘴巴，然后三人从锯断的铁窗翻出去。令人意外的是，他们并没有翻越围墙，而是发现看守所的后门没有上锁。那天正好是物资运送日，门卫提前打开了后门，却因为临时处理其他事务离开了岗位。就这样，三人大摇大摆地走出了看守所，随后分头逃窜。
魏振海越狱的消息很快传遍了西安城，市民们再次陷入恐慌。有人说他带着枪藏在郊区的山洞里，有人说他已经逃出了陕西，还有人说他会回来报复办案民警。为了尽快抓获魏振海，市局成立了“抓魏专案组”，刘平再次担任组长。专案组一方面加强对火车站、汽车站、飞机场等交通枢纽的排查，另一方面对魏振海的社会关系进行全面梳理，同时通过电视台播发协查通告，这是我国历史上第一份通过电视播发的通缉令。
通缉令播出后，市民们提供了大量线索。有人反映在火车站看到过类似魏振海的人，有人说在郊区的网吧见过他，还有人说他化名为“李军”，在一家建筑工地打工。专案组对每一条线索都进行了核实，但大多都是误报。就在排查工作陷入困境时，一个好消息传来，4月5日，齐向东和牛伟在河南郑州被抓获。
“我们和魏振海分开后，就去了郑州，打算先躲一段时间。”齐向东交代道，“他说让我们三个月后在西安道北的火车站集合，到时候一起干‘大事’。他还说，以前混社会没文化不行，这次出去后要好好‘学习’，组织一个像样的团伙。”
齐向东的供述让专案组意识到，魏振海的野心比想象中更大。他不是简单地想逃避法律制裁，而是想重新组织犯罪团伙，进行更大规模的犯罪活动。根据齐向东提供的线索，专案组对西安道北的火车站周围进行了严密监控，但魏振海始终没有出现。
时间一天天过去，魏振海像人间蒸发了一样，没有留下任何踪迹。坊间关于他的传言越来越神乎其神，有人说他熟读法律，能准确避开警方的排查；有人说他在监狱里学了日语和英语，还研读了《资治通鉴》；还有人说他经常穿着白色的确良衬衣，上衣兜里插着两支钢笔，伪装成知识分子。这些传言虽然真假难辨，但也从侧面反映了魏振海的狡猾和多疑。
1989年11月25日，西安铁路工人单德忠家发生的一起恶性抢劫案，让专案组重新看到了希望。当天晚上9点多，四名歹徒以买烟为由，敲开了单德忠家的防盗门，进门后立刻控制了单德忠和他的妻子。就在歹徒准备搜掠财物时，单德忠的儿子回家，听到屋里的动静后立刻跑到铁路公安值班室报警。
铁路公安干警火速赶到现场，歹徒们惊慌失措，魏振海竟然从腰间摸出一颗手榴弹，猛地扔向门口的民警。“轰”的一声巨响，两名民警倒在血泊中，歹徒们趁机从厨房的后窗逃走。案发后，单德忠的妻子告诉民警，四名歹徒中，有一个人她认识，是魏振海，当年魏振海在道北混的时候，经常来她的烟店买烟。
“魏振海回来了！”这个消息让专案组全体成员都兴奋起来。通过对现场的勘查，民警发现歹徒遗留的弹壳来自一支54式手枪，与之前魏振海使用的自制手枪不同，说明他越狱后又获得了新的武器。更重要的是，单德忠的妻子回忆，其中一名歹徒叫谢峰，是道北一带的惯犯，与魏振海关系密切。
专案组立刻将谢峰列为重点排查对象。经过一个月的细致摸排，民警发现谢峰在西七路开了一家烟店，表面上做批发香烟的生意，暗地里却在贩