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有這樣的機會，黃金榮當然要好好地借題發揮。
黃金榮立刻將這一線索報告給國民黨方面，然後派華探喬裝打扮，去應桂馨府上打聽應桂馨是否在家。抓人要抓現成的，他要確定應桂馨在家，才會帶巡捕前去實施抓捕。打聽訊息的華探很快回來稟報，說應桂馨不在家中，而是去了公共租界迎春坊一個名叫李桂玉的妓女家中過夜。黃金榮當即聯絡公共租界巡捕房。雖說是深夜，可事關&ldo;刺宋案&rdo;，所以公共租界巡捕房立刻派巡捕趕到李桂玉的住處，將應桂馨抓了個現成。
因為有機會將應桂馨拉下馬，所以黃金榮不像以往處理公事那般磨磨蹭蹭，而是變得雷厲風行。得知應桂馨被抓捕的訊息時，天才剛剛亮，黃金榮立刻率巡捕趕往應桂馨的府上，封鎖各處出口，衝進應家大肆搜查，希望能找到一些與&ldo;刺宋案&rdo;相關的證據。
應桂馨家中一些人已經起床。黃金榮一進門，便大吼一聲：&ldo;全都不許動！&rdo;嚇得幾個起早的人驚慌失措，站在原地一動也不敢動。
在這些紋絲不動的人當中，一個身材矮小的男子，卻突然拔腿就跑。
黃金榮立刻帶人追趕。
矮小男子逃到應家後院，準備翻牆逃跑。
黃金榮追得最快，一個箭步躥上去，將兩隻懸空的腳抓住，把矮小男子從牆頭上拉扯下來。眾巡捕一擁而上，迅速將矮小男子制服。
這矮小男子正是武士英。
黃金榮命眾巡捕仔細搜查應家，最後從武士英的房中搜出了一把六響手槍，槍內尚有三顆子彈，事後經過比對，其規格與射殺宋教仁的子彈完全一致。除此之外，黃金榮還從應桂馨的房中搜出了一疊電報，全都是與洪述祖往來的密電，事後又在上海電報局查到了相應的電報底稿。
在這些密電當中，第一份是應桂馨在三月十三日發給洪述祖的，電文道：&ldo;功賞一層，夔向不希望。但事關大局，欲為釜底抽薪法。若不去宋，非特生出無窮是非，恐大局必為擾亂。&rdo;應桂馨又名夔丞，電文中的&ldo;夔&rdo;字，指的正是他自己。
十四日早上，應桂馨又給洪述祖發去一份密電：&ldo;梁山匪魁，頃又四處擾亂，危險實甚。已發緊急命令，設法剿捕，乞轉呈，候示。&rdo;
十八日下午，洪述祖密電應桂馨：&ldo;寒電應即照辦。&rdo;
十九日，洪述祖又致電應桂馨：&ldo;事速照行。&rdo;
二十一日凌晨兩點十分，即&ldo;刺宋案&rdo;發生三個多小時後，應桂馨發電向洪述祖報告：&ldo;廿四十分鐘，所發急令已達到，請先呈報。&rdo;
二十一日上午九點，應桂馨給洪述祖發去了最後一份電報：&ldo;號電諒悉。匪魁已滅，我軍一無傷亡。堪慰，望轉呈。&rdo;
手槍和電報的出現，已是鐵證如山，兇手武士英和應桂馨雙雙被緝拿歸案，&ldo;刺宋案&rdo;就此告破。
此時距離案子發生，僅僅過去了三天而已。
離奇死亡
兇手被緝拿歸案後，接下來要做的，便是審訊。
武士英在被捕當天便立即認罪，承認宋教仁是自己所殺。根據他的招供，他原是山西平陽人，曾在雲南任七十四標二營管帶。辛亥革命後，軍隊裁員，他丟了飯碗，於是來到上海謀生，結識了陳玉生，經陳玉生引薦加入了共進會。
三月二十日上午，陳玉生帶人來六野旅館找他，請他辦一個人，他考慮到自己生活境況困難，急需錢財，於是答應了，隨後應陳玉生之邀，前往小西門外應桂馨府上，看了宋教仁的照片，然後帶上手槍赴火車站行刺
