Перепугавшийся не на шутку Лупенников отправился на автовокзал и там, сняв с машины номерные знаки, оставил ее на платной автостоянке. Но впопыхах он, оформляя квитанцию, назвал диспетчеру свою настоящую фамилию. Эта роковая случайность и решила исход дела. Уже ночью того же дня сотрудники новороссийской милиции, следуя по горячим следам происшествия на улице Цедрика, вышли на белые "жигули" бандитов, оставленные Лупенниковым на автостоянке. В багажнике машины обнаружили оружие, патроны, документы убитых людей, милицейскую форму. Но взять бандитов сразу не удалось. В результате Дмитрий Самойленко вместе со своей любовницей совершил еще одно убийство - таксиста, который согласился подвезти их в Крымск. После этого преступления сотрудники угрозыска, тайно следившие за Лупенниковым, решили его арестовать. Через несколько дней тот во всем признался. И хотя он не смог назвать точное местонахождение главаря банды Дмитрия, но адреса Юрия и Валерия Самойленко назвал точно. Обоих братьев задержали без лишнего шума: одного прямо у него на квартире, другого - на улице. А арест старшего брата задержался на несколько дней, пока сыщики не вычислили его точное местонахождение. Это оказалась станица Двинская. Ранним утром на квартире своей любовницы Дмитрий Самойленко был арестован в теплой постели, он так и не успел применить свою "беретту", лежавшую у него под подушкой.

Два года длилось следствие по этому делу. Оно включало в себя 64 тома. Тридцать два убитых человека и двое раненых числились на совести этой банды. Но даже несмотря на это, младшие братья просили снисхождения. В письме следователю по особо важным делам при Генеральном прокуроре СССР Юрий Самойленко писал: "Со слезами на глазах прошу пощады у правосудия, у семей загубленных нами людей. Мне стыдно смотреть людям в глаза. Стыдно за себя, Валерия, Дмитрия.