接报后，市公安局美兰分局立刻启动重大案件侦办程序，多警种同步上案，同时上报市局、省公安厅，第一时间将被拐儿童周某的信息发布到公安部儿童失踪信息紧急发布平台（钉钉打拐网），广泛发动群众收集相关线索。功夫不负有心人，办案民警在市公安局相关部门的大力协助下，全警联动，充分利用平时的基础信息工作，最终确认犯罪嫌疑人身份系赵某梅（女，1997年出生，黑龙江省人，现租住在琼山区府城高登街一出租屋）。同时，市公安局美兰分局在省公安厅的协助下对全省铁路、港务、民航及各市县出岛口进行全面布控，启动全省追逃联动机制，将所有出岛路径封堵。“我们调查发现，当天嫌疑人赵某梅带着孩子从灵山镇打的来到旅租入住，随后在一间网吧待了十多分钟，走出网吧后，便往秀英港方向移动，接着又改变方向，往汽车南站方向移动，行踪不定，给警方破案带来了一定的难度。”办案民警黄朝涛说。
最终，经过近20个小时全城不间断的搜查和全警持续缜密的侦查，10月20日21时，海口警方在龙华区友谊南路某旅租附近将涉嫌拐骗儿童的嫌疑人赵某梅抓获，并将被拐儿童周某成功安全解救。
经审讯，犯罪嫌疑人赵某梅对其拐骗周某的犯罪行为供认不讳。据嫌疑人赵某梅供述，其临时起意，想把小孩周某送给无生育能力的前男友，从而换取回黑龙江的路费，同时希望前男友帮其要回在三亚一宾馆打工所拖欠的工资。