Ngay khi bắt giữ Sơn, cảnh sát đã áp giải đối tượng về trụ sở để phục vụ điều tra. Rạng sáng ngày 2/10, Cảnh sát vẫn tiếp tục khám xét ngôi nhà mà đối tượng trú ngụ. Tại đây, lực lượng chức năng thu giữ 3 quả lựu đạn (1 quả lựu đạn thật và 2 quả lựu đạn giả).
Ngoài ra, hai người bạn của Sơn được Sơn gọi đến giúp, khi thấy cảnh sát đến thì cùng vào nhà cố thủ. Khoảng 16 giờ cùng ngày, hai đối tượng ra đầu thú còn Sơn ở lại cố thủ đến 23h38p.
Trước đó, vào khoảng 10h (ngày 1/10), Công an tỉnh Nghệ An huy động khoảng 100 cảnh sát được trang bị vũ khí, lính bắn tỉa, chó nghiệp vụ phong tỏa đoạn đường Hồng Bàng (Phường Lê Mao, TP Vinh) để vây bắt đối tượng Lê Ngọc Sơn khi đang cố thủ tại nhà 2 tầng của bố ruột trên đường Hồng Bàng (phường Lê Mao, thành phố Vinh). Các hướng đi vào đường Hồng Bàng đã bị cảnh sát thiết lập hàng rào ngăn lại. Cách hiện trường gần 500m, lính bắn tỉa sử dụng súng ngắm bắn từ tầng thượng của tòa chung cư Tecco bao quát tình hình.
