12月6日，武汉市公安局将彭坚抓获。彭坚交代：10月12日，彭坚和汪义强用一个18英寸凯歌电视机箱子和两个音柱箱将9箱文物伪装，于13日将其运到王家墩机场，运往广东佛山机场。
12月10日，公安部向全国发出了通缉令，对案件的主要嫌疑人刘农军、刘进进行通缉。迫于政策和法律的强大攻势，南逃广州的汪义强返回武汉投案自首，并提供了刘农军、刘进的活动情况。
为防止被盗文物和主要案犯出境，指挥部决定集中兵力，在广州一举围歼案犯。
十多天后，一个神秘电话打到广州市公安局，表示愿意将文物交出，但惧怕被抓，不敢前往。经广州市公安局精心运筹，55件被盗文物辗转交到广州市公安局。喜讯传来，“9.18”指挥部一片欢腾。庆祝之余，公安部领导要求参战干警一鼓作气抓获另外四名主犯。
1993年1月9日12时40分，赴广州工作组获取了一条重要情报：刘农军派人于当日到广州活动，筹集出逃所需的资金。
1月9日下午2时40分，当一个穿夹克、戴墨镜的年轻人鬼鬼祟祟地出现在广州街头时，被当场擒获。从他身上搜出了刘农军与其妻凌海滨的两本化名为凌达伟、凌海红的委内瑞拉护照、两张香港至伦敦的飞机票以及其他钱物。据其交代，刘农军潜伏在青岛，准备做整容手术后出境。青岛市公安局闻讯而动，于1月9日晚抓获了“9.18案件”首犯刘农军。
刘农军，29岁，武汉市武昌区人。在武汉市公安学校就读时，曾因盗窃被开除。之后在江汉大学自修毕业。1983年以来，他长期流窜在外，与港澳黑社会组织搭上关系。为了盗取文物走私境外，他潜心钻研文物书籍。由于他诡计多端，黑社会称之为“计算机”。
在公安人员的审讯下，三天后，刘农军最终交代了策划、指挥、盗窃开封博物馆文物的犯罪事实。之后，侦查员在刘农军的一个落脚点摸清了文西山的潜藏地址。
文西山，33岁，湖南省东安县井头圩镇人。1983年他因犯盗窃罪被判处有期徒刑9年。1986年5月释放后，长期流窜作案。文西山在与其他盗犯分开后，一个人偷偷溜到了东北。当获知同伙一一落网后，文西山准备再次潜逃。正当他于吉林市劳动局招待所准备逃离时，吉林市公安局刑警队员如神兵天降，挡住了他的去路。