导致赵作海被判刑的无头尸体的身份及案件侦破成为社会各界关注的焦点。河南省公安厅组织全省刑侦、技术和审讯专家到一线指导破案。商丘市迅速抽调精干警力组成强有力的专案组,开展攻坚破案。经DNA鉴定,死者身份确定为1998年9月12日晚外出后失踪的商丘市睢阳区包公庙乡十字河村东五组村民高宗志。
经进一步侦查,专案组认定柘城县老王集尹楼村人李海金、商丘睢阳区张庄村人杨明福、商丘睢阳区张庄村人张祥良有重大作案嫌疑。三人在媒体报道赵作海无罪释放后,分头潜逃外地。专案组立即展开追捕。5月14日,犯罪嫌疑人杨明福在商丘市区被抓获;5月22日,犯罪嫌疑人李海金在天津被抓获;5月24日,犯罪嫌疑人张祥良在辽宁省沈阳市被抓获。