Khi bị phát hiện, Khánh nhanh chóng tháo chạy, sau đó lái xe đến khu vực cổng khu công nghiệp Cái Lân, nơi đối tượng rút súng nã đạn vào lực lượng truy bắt. Bốn phát súng được bắn ra, một trong số đó đã cướp đi sinh mạng của Thiếu tá Nguyễn Đăng Khải.

Sau khi nổ súng, Khánh lái ô tô bỏ chạy đến gần Bệnh viện Sản Nhi Quảng Ninh thì xe bị hỏng. Đối tượng rẽ vào ngõ dân cư gần nhà ông Dương Văn V. (phường Đại Yên) và bỏ lại xe tại đây. Chiếc xe sau đó được Công an thu giữ cùng hai khẩu súng và một quả lựu đạn. Khánh thừa nhận trong quá trình bỏ trốn, đối tượng đã “xác định trước án tử treo trên đầu”.

Sau khi bỏ xe, Khánh gọi điện cho một người tên Sơn để xin chở đi trốn. Đối tượng tiếp tục di chuyển bằng taxi, đi nhờ xe container lên cầu Thanh Trì (Hà Nội), rồi vòng lên Phú Thọ để thay quần áo, sau đó, quay lại Hà Nội và đón xe khách đến Thanh Hóa.

Tối 18/4, chưa đầy 24 giờ sau khi gây án, Khánh bị Công an Thanh Hóa phối hợp với các đơn vị nghiệp vụ Bộ Công an, Công an tỉnh Quảng Ninh bắt giữ tại một quán nước ở thành phố Thanh Hóa. Vào rạng sáng cùng ngày, hai đồng phạm trong đường dây là Hoàng Văn Đông và Hà Quang Sơn cũng bị bắt giữ khi đang bỏ trốn.

Khám xét nơi ở của Khánh tại phường Giếng Đáy, Công an thu giữ thêm 9 bánh heroin, nâng tổng số tang vật bị thu giữ lên 25 bánh, cùng nhiều phương tiện, vũ khí nguy hiểm.

Vụ án đang được Công an tỉnh Quảng Ninh tiếp tục mở rộng điều tra, truy xét thêm những đối tượng liên quan.

Trước đó, dưới sự chỉ đạo quyết liệt, tập trung của Bộ trưởng Bộ Công an Lương Tam Quang; Thủ trưởng Cơ quan Cảnh sát điều tra, Thứ trưởng Bộ Công an Nguyễn Văn Long, Công an tỉnh Quảng Ninh đã phối hợp với Cục Cảnh sát hình sự, Cục Cảnh sát điều tra tội phạm về ma túy, Cục Kỹ thuật nghiệp vụ Bộ Công an, Công an các tỉnh Bắc Ninh, Thanh Hóa… triển khai truy bắt nhanh nhất đối tượng Bùi Đình Khánh - mắt xích quan trọng trong đường dây vận chuyển ma túy lớn.