Theo báo cáo của Ban chuyên án, sau khi nhận được thông tin của vụ việc, đơn vị đã huy động các lực lượng nghiệp vụ thực hiện khoanh vùng một số đối tượng khả nghi. Tiến hành kiểm tra hành chính tất cả nhà trọ, nhà nghỉ trên địa bàn, đồng thời kiểm tra những đối tượng thường xuyên tụ tập, hút chích ma túy...
Ngoài ra, Công an huyện Gò Dầu cũng phối hợp với Công an huyện Trảng Bàng khoanh vùng các đối tượng trên địa bàn. Từ đó, khoanh vùng nhóm bốn đối tượng Nguyễn Hồng Khắc (30 tuổi), (26 tuổi, tự Khoa “máu lạnh), Lê Văn Phương (22 tuổi) và Võ Tấn Quốc (22 tuổi). Tất cả các đối tượng cùng ngụ huyện Trảng Bàng.
Kết quả, đến 7 giờ ngày 17-12, đối tượng Lê Đăng Khoa và Lê Văn Phương bị các lực lượng chức năng bắt giữ khi đang ngủ tại nhà trọ của Khoa ở xã Gia Lộc, huyện Trảng Bàng. Các đối tượng Khoa và Phương khai nhận toàn bộ hành vi của mình.
Sau khi được vận động, Quốc và Khắc lần lượt ra đầu thú tại cơ quan điều tra vào tối 18-12. Cơ quan chức năng đã thu giữ toàn bộ hung khí mà nhóm đã thực hiện vụ cướp (hai thanh kiếm, một cây dao và một khẩu súng bắn đạn bi số). Riêng số vàng cướp được (5 lượng vàng loại 18K), Khắc đem chôn nữ trang ở vườn nhà bạn gái.
Công an Tây Ninh yêu cầu các đơn vị phối hợp Viện kiểm sát nhân dân, Tòa án nhân dân đưa ra xét xử lưu động sớm để trấn an dư luận. Dịp này, UBND tỉnh và một số đơn vị trên địa bàn Tây Ninh cũng khen thưởng đột xuất ban chuyên án số tiền khoảng 100 triệu đồng.
Trước đó, chiều 16-12, sau khi trang bị vũ khí, các đối tượng mặc áo khoác, đội mũ bảo hiểm, đeo găng tay và khẩu trang chở nhau trên hai xe Exciter đến tiệm vàng Kim Phụng.
Đợi tiệm vàng chỉ có một một người đứng bán, Khoa đứng ở trước cảnh giới, ba tên còn lại vào trong cầm súng ngắn và bình xịt hơi cay, chĩa súng vào chủ tiệm vàng. Phương và Quốc đập vỡ tủ trưng bày, vơ lấy các loại vòng, lắc, dây chuyền... cho vào túi xách rồi phóng ra ngoài tẩu thoát. Toàn bộ diễn biến mà nhóm nghi phạm thực hiện trong vòng 40 giây.
