Город день ото дня наполнялся самыми невероятными слухами. Губернатор Казани, Тайный государственный советник Петр Алексеевич Полторацкий, получил на свое имя телеграмму от государя-императора, в которой тот предписывал разыскать воров и вернуть похищенные ими иконы. В случае невыполнения данного предписания все чины полиции будут уволены со службы, независимо от занимаемых ими должностей и социального происхождения.
Среди монахинь и церковнослужителей стали распространяться слухи о причастности к этому преступлению уволенного из монастыря бывшего дьякона Григория Рождественского и монастырского караульного Федора Захарова. Силами филерской службы полиции за ними было установлено наружное наблюдение.
Вскоре архиепископ Дмитрий получил анонимное письмо, в котором неизвестный гражданин угрожал взорвать несколько церковных приходов в Казани. В ответ на эту анонимку, Казанское жандармское Управление усилило контроль за местными социалистами-революционерами, считая последних причастными к краже икон.
Необходимо отметить, что к чести казанской полиции она достаточно быстро вышла на след грабителей. Третьего июля 1904 года при повторном и более тщательном осмотре места преступления в саду гражданина Попрядухина, который вплотную примыкал к монастырю, в кустах акации были найдены два кусочка шелковой ленты, десять жемчужин и металлический брелок, опознанные священником Нефедьевым как предметы, снятые с похищенной иконы Божьей Матери.
В этот же день полицией был задержан Федор Захаров, который при допросе показал, что в час ночи он услышал шорохи у дверей собора. Он не успел даже вскрикнуть, как был окружен неизвестными мужчинами, вооруженными револьверами и ножами. Преступники втолкнули его в подвал и закрыли дверь на замок. Лишь услышав шаги послушницы Татьяны, Федор Захаров стал кричать и взывать о помощи.
Вскоре в полицию обратился смотритель реального училища Вольман, который заявил, что 22 июня к нему с заказом обратился золотых дел мастер Николай Максимов, он заказал изготовить щипцы-разжимы для растяжки металла. Этими щипцами можно было легко взломать любые навесные замки, в том числе и те, на которые закрывались двери монастыря. Именно такими щипцами воспользовались преступники при проникновении в монастырь. Получив эти сведения, полиция задержала Максимова, который тут же стал давать показания в отношении подельников. Из его показаний следовало, что он действовал в качестве посредника и заказал эти щипцы по просьбе своего давнего покупателя и хорошего знакомого Федора Чайкина.
В ночь с 3 на 4 июля в квартире дома купца Шевлягина, которым управлял лавочник Нефедьев, был произведен обыск. Именно в этом доме временно снимал квартиру Федор Чайкин. Сам дом купца Шевлягина находился в Академической слободе, недалеко от действующей тогда Духовной академии (сейчас в бывшем здании Духовной академии находится 6-я городская больница). Полиции в эту ночь явно не повезло. Чайкин со своей сожительницей Кучеровой буквально за час до прибытия полиции и обыска уплыл на теплоходе «Ниагара» в сторону Нижнего Новгорода.
Максимов, не выдержав психологического давления со стороны следователей, стал давать показания о том, что он все последнее время занимался продажей ценностей с похищенных Чайкиным икон. Полиция решила провести повторный обыск в доме Максимова. В результате повторного обыска полиции удалось обнаружить 205 крупных зерен жемчуга, 26 обломков серебряных украшений с драгоценными камнями, 72 золотых и 63 серебряных обрезка от ризы и пластинку с надписью «Спас Нерукотворный».
Осуществляя повторный обыск, полиция обнаружила тщательно замаскированный тайник, в котором, кроме уже ранее обнаруженных ценностей, находилось несколько ниток жемчуга, 245 отдельных жемчужин, 439 разноцветных драгоценных камней – сапфиров и изумрудов. В печи были обнаружены несколько жемчужин, 17 петель, плавильная лампа, весы. В овраге рядом с домом Шевлягина были найдены инструменты, которыми пользовались налетчики.
Вскоре был задержан и главный злодей, организатор налета Федор Чайкин, он же Варфоломей Стоян. По уголовному делу, как соучастники прошли еще шесть человек. Однако, несмотря на полную доказательную базу, уличающую преступников в совершении этого преступления, последние своей вины не признавали, переваливая ответственность с одного на другого. Полиции удалось вернуть большую часть драгоценностей, некогда украшавших похищенные иконы, но следов самих чудотворных икон обнаружить так и не удалось. И Чайкин, и другие обвиняемые по делу, может, из-за страха перед Божьей карой или по каким-то иным мотивам хранили молчание о самих иконах.
Несовершеннолетняя дочь сожительницы Чайкина Евгения Кучерова во время допроса показала, что, проснувшись на рассвете, она увидела, как Чайкин рубил топором икону Казанской Божьей матери и икону Спасителя. Разрубленные иконы Чайкин засунул в печь и поджег их.
