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易新鲜西装，急寻某，出手中钞票示之，约数十元，曰：“我今已有钱。”随取出一元还某。某惊曰：“何必许多？”武即答曰：“我事成尚有千元。”语毕，即出门去。同栈者方怪其有神经病，及次日宋先生被刺信传播，而同居者乃注意其人，急询此人行踪，则知二十夜并未回栈，并于二十一日之早七时许，曾来栈结付店账，提其破碎皮夹匆匆去矣。[29]
国民党获知武士英“身材短小”的特征后，即派人分头侦缉。3月24日上午，法捕房在查抄应夔丞家时，从被拘留的眷属和来客中发现“有一短身着新服者”，“疑为真凶”，于是派人找来曾在沪宁车站案发现场与凶手照面者，以及六野旅馆住客，到应宅辨认，确定其果为刺宋凶手武士英。[30]武被捕时亦承认：“杀宋教仁是我。”[31]陆惠生亲自参与了抓捕武士英，他记述当时情形道：
应既受拘，其第二着即为看守其居室与其眷属。余因再至应宅，探捕方驱宅中男妇入他室，余瞥见小室中有人蒙被卧，因呼之起。其人披衣，余见其内服皆新制，且身材矮小，如报上所载之凶犯，心疑之，因嘱巡捕曰：此人尤宜注意。其明日，余至宋先生受害处，访当时之曾见凶手者，既而得一人，又招六野旅馆之客至，偕之同之应宅，使一一识其家之男子，问似凶手否？皆曰否。既而视至昨之蒙被卧者，则同声呼曰：彼、彼、彼系凶手。其人闻言，色立变。乃招西探至，告以故，西探略一研问，即直认不辞。盖其人即武士英，亦曰吴福铭，即手刺宋先生者也。[32]
应、武被租界捕房抓获后，上海地方检察厅及江苏都督程德全分别通过交涉使陈贻范，致函英、法两国总领事，以案发地沪宁车站为华界，应、武二人又系华籍，提出将二犯及相关证物移交中方办理。英国领事答以“刻下正在搜集证据，羽党尚未尽获，姑俟办有眉目，转送中国法庭办理”。法领事则以应所住拱宸门文元坊属法租界，请在法公堂办理。[33]外交部也照会外交团，请将凶犯引渡归中国法庭审讯。但各国公使提出种种理由，表示在租界会审公堂审讯明确以前，暂缓引渡。[34]
先是武士英被捕次日，即3月25日午后5时，法国总领事康君、副领事李君及谳员聂榕卿，英公廨谳员关炯之、译员杨润之，以及上海地方审判厅审判官黄庆澜，开特别公堂，对武士英进行讯问，武士英详细交代了作案经过：
武士英供：年二十二岁，山西人，向在贵州某学堂肄业。此次毕业来沪，住五马路鹿野旅馆。五、六年〔日〕前
