Ngày sau khi vụ nổ tại trụ sở Công an phường 12 (quận Tân Bình) xảy ra, Công an TPHCM điều tra, sàng lọc hàng trăm đối tượng khả nghi. Từ đó, công an xác định vụ nổ có liên quan đến một nhóm người ở tỉnh Đồng Nai. Tuy nhiên, thời gian xảy ra vụ nổ thì những đối tượng này vẫn ở tỉnh Đồng Nai.
Ngày 24/6, các trinh sát nắm được thông tin đối tượng Nguyễn Tấn Thành đang ở khu vực lân cận hội chợ trái cây tại sân vận động thị xã Long Khánh (Đồng Nai). Đối tượng này vẫn thản nhiên đi ăn chơi cùng bạn bè, không tỏ vẻ khả nghi.
Các trinh sát cải trang theo dõi các đối tượng Nắm được hành tung Nguyễn Tấn Thành, các trinh sát đã mật phục bám theo. Khi các trinh sát vào vườn trái cây thì phát hiện Thành và nhóm bạn đang cắm trại tại đây. Các trinh sát đã báo về chỉ huy xin chi viện thì cũng là lúc Thành và nhóm bạn rời khỏi khu vực.
Khi Thành và nhóm bạn dừng lại mua trái cây ở bên đường thì các trinh sát đã tiếp cận giả vai người mua trái cây. Tranh thủ lúc này, các trinh sát đã tiếp cận nói chuyện với Thành để kéo dài thời gian chờ chi viện đến bắt người này.
Thành phân tâm nói chuyện với các trinh sát, nhóm bạn của Thành đã rời đi trước. Lúc này xe chi viện của trinh sát đã đến, Thành bị khống chế bắt giữ ngay sau đó đưa lên xe 16 chỗ.
Vào khu vực thử trái nổ của các đối tượng Công an TPHCM sau đó tiếp tục bắt giữ Nguyễn Khanh, cha của Thanh và là người cầm đầu nhóm khủng bố. Khám xét nơi ở của Khanh, các trinh sát phát hiện chất nổ tự chế đặt ở nhiều vị trí trong nhà đối tượng này, rất nguy hiểm.
Lúc này, Công an TPHCM đã cử 2 cảnh khuyển của Trung đoàn Cảnh sát cơ động và nhờ hỗ trợ của lực lượng công binh ở Đồng Nai để xử lý an toàn 10 kg thuốc nổ TNT, 38 kíp nổ và 8 trái nổ.
Công an TPHCM tiếp tục điều lực lượng đi các tỉnh Tây Ninh, Đắk Nông, Đồng Nai bắt thêm các đối tượng trong nhóm này. Trong đó, Vũ Hoàng Nam là người trực tiếp đặt chất nổ tại trụ sở Công an phường 12 (quận Tân Bình) đã bị bắt tại Đồng Nai. Còn đối tượng Dương Bá Giang là người cùng Thành chế tạo trái nổ bị bắt ở tỉnh Tây Ninh.
Riêng các đối tượng bán chất gây nổ cho hai cha con Nguyễn Khanh gồm Nguyễn Trung Trực, Nguyễn Minh Nhựt, Nguyễn Khắc Sinh Nhật bị bắt ở tỉnh Đắk Nông.
Các đối tượng khủng bố Thiếu tướng Phan Anh Minh, Phó Giám đốc Công an TPHCM cho biết, hai cha con Nguyễn Khanh đã nhận tổng cộng của hai đối tượng Ngô Hùng (người tự xưng là Tổng tư lệnh nhóm phản động triều đại Việt Nguyễn) và Lisa Phạm 120 triệu đồng để gây ra các vụ nổ ở các trụ sở công quyền và nhà riêng lãnh đạo.
Đối tượng cầm đầu Nguyễn Khanh từng có tiền sự trong một vụ lừa đảo mua bán thiên thạch. Khanh bị các đối tượng, tổ chức phản động ở nước ngoài lôi kéo từ năm 2013 với những lời hứa hẹn, phong các chức tước như tỉnh trưởng, thiếu tướng.
