追踪专案组发现，犯罪嫌疑人李磊案发后乘坐火车南下，很可能逃往海南。
2009年11月28日凌晨4点，北京市公安局向三亚市公安局转发了关于协助侦查“11.27”大兴连环杀人案重大嫌疑人李磊的紧急报告。
报道称，“11·27”大兴连环杀人案主要嫌疑人李磊，男性，29岁，北京市大兴区人，可能乘坐北京至三亚的T201次列车逃往三亚，将于28日上午7点。
抵达三亚火车站。
接到通知后，三亚市长助理和公安局长王少山连夜部署协调巡查管控工作。
由三亚市公安局刑警支队、巡警防暴支队、荔枝沟派出所、火车站派出所等单位60名民警组成的抓捕小组连夜集结，在三亚设伏。
火车站按照既定规划。
2009年11月28日早上7点，T201次列车驶入三亚站。
然而，令警方惊讶的是，火车上并没有李磊的踪迹。
三亚警方已重新调配警力，对进入三亚的机场、车站、码头以及市内宾馆酒店进行全面排查管控。
发现行踪当天中午，三亚警方获得了一条重要线索：一名与李磊外貌特征相似的男子入住了汽车站附近的一家酒店。
警方调取酒店监控录像，发现视频中的男子就是李磊。
该男子已在酒店预订了房间，但此时不在酒店。
警方根据现场地形研究抓捕方案，确定了“突击、一击必杀”的抓捕原则。
逮捕小组在酒店附近部署了控制。
经过两个多小时的耐心等待，嫌疑人李磊终于出现。
李磊非常狡猾。
他出去买了新衣服，遮住别人的眼睛。
回到住处后，他并没有立即进入酒店。
而是在酒店里走了一段距离，没有发现什么异常才折返。
由于路上行人较多，目前尚不清楚嫌疑人是否携带凶器。
由于担心误伤无辜，警方并没有立即逮捕他，而是便衣尾随其后，伺机袭击。
进入酒店不久，李磊再次离开，步行至河西路一家休闲俱乐部。
俱乐部主要提供洗浴服务。
2009年11月28日17时50分，抓捕时间终于到来。
李磊消费完毕后，走出休闲会所。
空荡荡的俱乐部门前，警察果断出击，很快将李磊打倒。
北京警方将其押送回北京。
他走出监狱，摇摇头说：“我真是太傻了。
” 2009年11月28日8时10分，海航HU7280航班降落在首都机场，大兴屠杀案嫌疑人李磊被护送回北京。
护送车直接开到停机坪，将他护送上车，并迅速撤离现场。
据内部人士透露，李磊在飞机上看起来很自然。
下飞机后，李磊被直接带到市公安局预审办公室。
2009年11月28日下午1点45分，三亚第一看守所的铁门“叮”的一声打开，李磊被警察护送出去。
他的穿着仍是被捕时的样子：黑色T恤、黑色长裤和棕色皮鞋，但银白色的手铐在黑色衣服的映衬下更加显眼。
据执行护送任务的警察透露，李磊表情比较平静，脸色有些苍白，看上去睡眠不足。
交接过程中，他机械地配合完成了一系列手续，并被押上警车前往机场。
在去机场的路上，李磊时不时向警察要香烟，无论是烟瘾严重还是心理压力过大。
在20分钟的路程中，他抽了四支烟。
谈及拘留中心的情况，李磊表示整晚都很难入睡，也没有烟可抽。
当接近机场时，李磊摇摇头说：“我太蠢了。
”当警察问他此行是否有遗憾时，李磊表示最大的遗憾是没有看到大海。
他没有去过大东海、亚龙湾等景点就被抓了。