1913年3月23日，一古董字画商王阿法到英租界捕房报称：一周以前因卖字画曾去江苏驻洲巡查长应夔丞家，应即拿出一张照片，要他谋办照片上的人，愿出酬金1000元。他未允。宋被刺后，见各报刊登宋照片与他看的照片相同，特来报告。
当日晚，卜总巡率多名巡捕迅速行动。据报应夔丞，会同法租界捕房蓝总巡到应的住所搜查。将其家中男、妇及来客共26名，带到捕房，分别讯问，并将曾见凶手面目的车站服务人员和旅馆旅客觅来捕房识别，看到其中一个身穿新衣的矮个子，两人说：“就是他！就是他！”那人面如土色，当下供认，说自己叫武士英，两月前来上海，住金台六野旅馆，经人介绍与应夔丞相识，应允给武1000元，拿出宋的照片，使之行刺，武贪财而效命，不知宋为何人。
25日下午，法捕房蓝总巡率人至应宅进行第二次搜查。得公文凭据甚多，并搜得贴有封条的皮箱一只及五响手枪一把。该枪内尚存子弹两枚，未曾取出。捕房拿案发日从车站拾到的弹壳两枚，与枪内所存子弹相验，均为同式。
经数次搜查，获得刺宋证据多件，宋案背景乃尽行暴露。幕后主使者袁世凯，直接指挥者国务院总理赵秉均，上下联络者国务院秘书洪述祖，布置行凶者应夔丞，杀人凶犯武士英。