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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。打聽消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。黃金榮當即聯繫公共租界巡捕房。雖說是深夜，可事關“刺宋案”，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消息時，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“刺宋案”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：“全都不許動！”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：“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。”應桂馨又名夔丞，電文中的“夔”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：“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。”
十八日下午，洪述祖密電應桂馨：“寒電應即照辦。”
十九日，洪述祖又致電應桂馨：“事速照行。”
二十一日凌晨兩點十分，即“刺宋案”發生三個多小時後，應桂馨發電向洪述祖報告：“廿四十分鐘，所發急令已達到，請先呈報。”
二十一日上午九點，應桂馨給洪述祖發去了最後一份電報：“號電諒悉。匪魁已滅，我軍一無傷亡。堪慰，望轉呈。”
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，“刺宋案”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。
可是應桂馨接受審訊時，卻說他在二十日那天沒有見過武士英，而是在二十一日早晨，即“刺宋案”已經發生後，才第一次見到武士英。當時武士英搬離了六野旅館，在陳玉生的帶領下來他的家中暫住。
到了四月四日公審公堂的開庭預審上，武士英卻當庭翻供，聲稱：“此次刺殺宋教仁，乃我一人起意，並無第二個人。”當被問及刺殺宋教仁的原因時，武士英說“因宋系四萬萬同胞之罪人”，又說“他做農林總長尚做不好，現在竟想做總統，這還了得麼？所以我要刺他。”
此案兇手已經抓獲，人證物證俱在，然而先後經過公審公堂七次預審，案情卻始終模稜兩可，未能得出一個統一的事實，究其原因，在於公堂之上始終沒有讓武士英和應桂馨這兩個關鍵人物當庭對質。這樣一樁並不太複雜的刺殺案，只須將已經抓捕歸案的武士英、應桂馨、陳玉生，以及參與或見證此案的吳乃文、馮玉山、張秀泉、王阿發等人拉到一起當庭對質，便可真相大白。然而公審方似乎有意避免，七次預審都沒有這麼做。
四月十二日，在公審公堂的第七次預審上，應桂馨的外籍律師主動提起引渡移交的話題。這次預審當庭判決：“預審明確，案系發生車站，應即商明領事團，移交中國內地法庭，歸案訊辦。”
十六日下午，武士英從法租界的大自鳴鐘捕房拘留所，押送至上海地方檢察廳，交給廳長陳英收押，應桂馨則從公共租界押送至駐守江蘇海運局的六十一團，由團長陳其蔚負責關押。
犯人引渡移交後，江蘇都督陳德全致電袁世凱及內務、司法兩部，提出應組織特別法庭來辦理此案。袁世凱當天回電，表示“望速籌辦”，同意了這一提議。
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。打聽消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。黃金榮當即聯繫公共租界巡捕房。雖說是深夜，可事關“刺宋案”，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消息時，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“刺宋案”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：“全都不許動！”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：“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。”應桂馨又名夔丞，電文中的“夔”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：“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。”
十八日下午，洪述祖密電應桂馨：“寒電應即照辦。”
十九日，洪述祖又致電應桂馨：“事速照行。”
二十一日凌晨兩點十分，即“刺宋案”發生三個多小時後，應桂馨發電向洪述祖報告：“廿四十分鐘，所發急令已達到，請先呈報。”
二十一日上午九點，應桂馨給洪述祖發去了最後一份電報：“號電諒悉。匪魁已滅，我軍一無傷亡。堪慰，望轉呈。”
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，“刺宋案”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。
可是應桂馨接受審訊時，卻說他在二十日那天沒有見過武士英，而是在二十一日早晨，即“刺宋案”已經發生後，才第一次見到武士英。當時武士英搬離了六野旅館，在陳玉生的帶領下來他的家中暫住。
到了四月四日公審公堂的開庭預審上，武士英卻當庭翻供，聲稱：“此次刺殺宋教仁，乃我一人起意，並無第二個人。”當被問及刺殺宋教仁的原因時，武士英說“因宋系四萬萬同胞之罪人”，又說“他做農林總長尚做不好，現在竟想做總統，這還了得麼？所以我要刺他。”
此案兇手已經抓獲，人證物證俱在，然而先後經過公審公堂七次預審，案情卻始終模稜兩可，未能得出一個統一的事實，究其原因，在於公堂之上始終沒有讓武士英和應桂馨這兩個關鍵人物當庭對質。這樣一樁並不太複雜的刺殺案，只須將已經抓捕歸案的武士英、應桂馨、陳玉生，以及參與或見證此案的吳乃文、馮玉山、張秀泉、王阿發等人拉到一起當庭對質，便可真相大白。然而公審方似乎有意避免，七次預審都沒有這麼做。
四月十二日，在公審公堂的第七次預審上，應桂馨的外籍律師主動提起引渡移交的話題。這次預審當庭判決：“預審明確，案系發生車站，應即商明領事團，移交中國內地法庭，歸案訊辦。”
十六日下午，武士英從法租界的大自鳴鐘捕房拘留所，押送至上海地方檢察廳，交給廳長陳英收押，應桂馨則從公共租界押送至駐守江蘇海運局的六十一團，由團長陳其蔚負責關押。
犯人引渡移交後，江蘇都督陳德全致電袁世凱及內務、司法兩部，提出應組織特別法庭來辦理此案。袁世凱當天回電，表示“望速籌辦”，同意了這一提議。