根據對上述跡象的分析，大家一致認為：在案發現場沒有發現可證明宋某是自殺的痕跡物證，這很有可能是一起有預謀的投毒殺人案。隨後，局領導召集幹警研究製定了偵破方案，成立了“3?31”投毒殺人案專案組，位局長任組長，副局長姚五義、政委石靜榮、刑警大隊長鞏維榮任副組長，成員有：刑警大隊副大隊長曹建業、偵查員喬懷玉、景克文、楊曉軍。
為了便於破案，專案組民警進駐秋射村，挨家挨戶進行摸排。經過兩天多時間的艱苦工作，專案組民警了解到：死者的妻子王某與陳家咀村的小學教師杜知明有染，且案發前杜知明到同村村民羅XX那裏買過3包滅鼠藥。這一重大發現極大地鼓舞了專案民警的鬥誌，他們在對杜知明進行秘密監控的同時，為查獲其作案時有可能留下的痕跡物證，又再次到案發現場進行勘查，這時，據王某反映，她家的一輛新自行車、一副架子車下腳和一條棉被被盜，她去西安前這些物品還在呢。
針對王某提供的情況，專案組及時召開會議進行分析，認為這不是竊賊所為，而是與宋某之死有很大關係。最後，會議作出決定：集中力量搜查贓物，以此作為突破口，盡快破案。專案民警分頭在秋射村和陳家咀村全麵展開搜查工作。4月7日上午，他們在對杜知明家一處廢棄多年的老莊基進行秘密搜查時，發現老莊基牆上有踩踏的痕跡，同時還在院落的草叢裏發現了一個煙蒂。麵對這些可疑跡象，民警們信心倍增，他們個個保持高度的警覺，順藤摸瓜，終於在老莊基的窯洞裏搜查到被玉米杆遮蓋的贓物——一輛自行車和一副架子車下腳。經核實，它們恰是宋某家丟失的物品。
然而，當天下午2時許，專案民警趕到杜知明家準備傳喚他時，狡猾的杜知明已聞風而逃。
追捕工作是艱難的。偏偏天公不作美，突然下起大雨，道路泥濘難行。但麵臨的困境，並未動搖民警們追捕嫌犯的決心，他們或身披雨衣，或手擎雨傘，迎著風雨，徒步在村周圍的山溝進行搜索，並到通往涇川高平及陝西長武的交通要道堵截和盤查來來往往的車輛。在未果的情況下，專案組連夜召開會議，重新製定了追捕方案。會議之後，專案民警兵分5路，對杜知明家、老莊基、學校和其涇川的親戚家進行了監控。
4月7日晚11時許，嫌犯杜知明潛回家裏取錢物準備外逃時，被守候的民警當場抓獲。
突審杜知明，又是一場艱苦的戰鬥。這是耐心的較量，是智慧的搏殺，是正義與邪惡的交鋒。最後，麵對專案民警強大的審訊攻勢和鐵的證據，這個教師隊伍裏的敗類終於如實交代了自己所犯的罪行。
最終，平涼地區中級人民法院以故意殺人罪判處被告死刑，剝奪政治權力終身。
近幾年，類似投毒殺人案頻繁發生。這不能不引起人們特別是市場管理部門的警覺。
按理，一些劇毒藥物的流通渠道應嚴格控製，但像氰化鉀等劇毒藥物，在部分地區卻流到了不法商販的手中，他們私自用這些劇毒藥物配製滅鼠藥，使之在社會上被隨意出售，給那些圖謀不軌的不法分於提供了可乘之機。希望公安機關和有關部門要加強對含有劇毒的滅鼠藥的管理，防患於未然。