Cơ quan điều tra đã khởi tố vụ án, bắt tạm giam hai đối tượng là những "mắt xích" quan trọng trong đường dây là Nguyễn Xuân Minh (sinh năm 1994) và Nguyễn Văn Trường (sinh năm 2000), đều trú tại thị xã Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh".
Qua theo dõi và áp dụng các biện pháp nghiệp vụ, các trinh sát nắm được quy luật hoạt động của các đối tượng, theo đó, khoảng 21 giờ 45 phút ngày 4/9, Đội Cảnh sát Điều tra tội phạm về ma túy Công an huyện Sóc Sơn phối hợp với các phòng nghiệp vụ Công an thành phố Hà Nội phát hiện xe taxi BKS 99A - 092.xx, do lái xe Nguyễn Trọng T (sinh năm 1986, ở huyện Tiên Du, Bắc Ninh) điều khiển, ngồi ghế phụ là Nguyễn Xuân Minh, đã yêu cầu dừng xe để kiểm tra hành chính tại địa phận xã Mai Đình, huyện Sóc Sơn. Tại thời điểm này, lực lượng chức năng đã phát hiện và lập biên bản tạm giữ 1 túi nilon chứa 10 viên nén màu xanh và 1 túi nilon chứa tinh thể màu trắng, nghi là ma túy tổng hợp của Minh.
Tiến hành khám xét khẩn cấp nơi ở trọ của Nguyễn Xuân Minh tại khu vực núi Bất Lự, lực lượng chức năng phát hiện cùng ở có Nguyễn Văn Trường; đồng thời thu giữ 1.044 viên nén các loại, nhiều túi nilon chứa tinh thể màu trắng, vàng, thảo mộc khô nghi là ma túy. Đáng chú ý, trong quá trình khám xét nơi thuê trọ của Minh và Trường, cảnh sát phát hiện và thu giữ 1 khẩu súng AK, 1 hộp tiếp đạn đang lắp sẵn 3 viên đạn và 35 viên đạn súng thể thao.