此时的两人，已经彻底陷入了疯狂的境地。他们看着手中的4把手枪和大量子弹，更加肆无忌惮，甚至计划着袭击更多的派出所，抢夺更多的枪支，制造更大的混乱。但他们也知道，吉林市已经成为了警方搜捕的重点区域，继续待在这里，迟早会被警方抓获。于是，两人决定，等风头过后，就流窜到周边省市，继续作案。
为了筹集逃亡和作案的资金，两人在废弃厂房里躲了几天后，再次外出作案。1991年10月12日深夜，他们携带手枪和水果刀，流窜到吉林市丰满区的一个偏僻小区，撬开了一户居民的房门，进去后发现，屋里只有一对老年夫妇。两人没有丝毫犹豫，当场用手枪射杀了老年夫妇，抢走了屋里的几千元现金和一些值钱的物品，然后迅速逃离了现场。
这起案件的发生，再次让民众陷入了恐慌，但也给警方提供了新的线索。警方在现场勘查时，发现凶手留下了一枚清晰的脚印，结合之前的指纹线索，进一步缩小了排查范围。与此同时，指纹比对工作也有了突破性进展——警方将参茸加工厂留下的残缺指纹，与龙潭区冶金建设公司的离职人员指纹进行比对时，发现了一个吻合的指纹，指纹的主人，正是张小林。
警方立即调取了张小林的档案，发现张小林1965年出生，曾是冶金建设公司的学徒工，1983年严打期间，因偷拿工厂边角料，被判处有期徒刑三年，1987年刑满释放，刑满释放后，一直无业，下落不明。随后，警方又根据张小林的社会关系，排查到了周广强——周广强是张小林的邻居，1967年出生，曾也是一名工厂工人，1983年因“流氓罪”被判处有期徒刑三年，与张小林同期刑满释放，两人刑满释放后，经常一起出入，形迹可疑。
警方进一步核实，发现张小林具备焊接技术，完全有能力改造射钉枪；而且，两人的体貌特征，与目击者描述的凶手特征完全一致，作案时间也与两人的活动轨迹吻合。种种证据表明，张小林和周广强，就是一系列抢劫杀人案、血洗派出所案的真凶！
专案组立即召开紧急会议，制定了抓捕计划，调集大批警力，对张小林和周广强可能藏匿的区域，进行了重点搜捕。警方得知，张小林和周广强曾在龙潭区、昌邑区、丰满区等地流窜，且喜欢藏匿在废弃厂房、偏僻出租屋等地方，于是，重点排查了这些区域的废弃厂房和出租屋，同时，加强了各交通路口的排查，严防两人流窜外地。
1991年10月20日，警方接到群众举报，称在吉林市昌邑区的一个废弃化肥厂里，有两个形迹可疑的男子，经常白天躲在厂房里，晚上偷偷外出，身上似乎携带武器，形迹与警方公布的“吉林双煞”十分相似。
专案组接到举报后，立即调集了几十名警力，悄悄赶到了废弃化肥厂。警方仔细观察了厂房的环境，发现这个化肥厂早已废弃，四周杂草丛生，只有一间破旧的厂房，门窗都已破损，十分偏僻，确实是藏匿的绝佳地点。警方分成多个小组，悄悄包围了厂房，做好了抓捕准备，防止凶手狗急跳墙，负隅顽抗。
“里面的人听着，你们已经被包围了！立即放下武器，出来投降，争取宽大处理！”一名民警对着厂房里，大声喊话。
厂房里，张小林和周广强听到了民警的喊话，顿时慌了神。他们知道，自己已经被警方包围，再也无法逃脱了。张小林眼神凶狠，从背包里掏出一把手枪，递给周广强：“广强，我们已经没有退路了，与其被警察抓住，受尽折磨，不如跟他们拼了，杀一个够本，杀两个赚一个！”
周广强此刻已经吓得浑身发抖，他看着窗外包围的民警，又看了看手中的手枪，心中充满了恐惧和后悔。他想起了自己的童年，想起了自己蒙冤入狱的委屈，想起了被自己杀害的那些无辜者，心中涌起一丝悔意，但此时，一切都已经晚了。在张小林的威逼下，他还是握紧了手枪，准备与警方对抗。
“别废话了，冲出去！”张小林大喊一声，率先朝着厂房门口冲了出去，手中的手枪对准民警，扣动了扳机。“砰！砰！砰！”几声枪响，子弹朝着民警射去，民警们迅速躲闪，同时，立即反击，枪声瞬间在废弃化肥厂的上空响起。
周广强也跟着冲了出去，胡乱地开枪射击，但他本身就性格懦弱，加上过度紧张，子弹根本没有击中民警。张小林虽然心狠手辣，但警方人多势众，且装备精良，他很快就被民警的火力压制住，身上中了一枪，倒在了地上，手中的手枪也掉在了一旁。
“小林！”周广强看到张小林中枪倒地，吓得魂飞魄散，想要冲过去救他，却被民警的火力逼了回来。他知道，自己已经走投无路了，看着周围包围的民警，他手中的手枪“哐当”一声掉在了地