涉事三人中，两人出示的身份证件显示他们是浙江省温州市永嘉县桥头镇麻线厂工人詹某香和詹某弟，但体貌特征与郑国华所描述的犯罪嫌疑人存在明显差异；另一人未出示任何证件，自报姓名为单国明，27岁，浙江省温州市永嘉县朱涂公社林福大队人。
冲突起因是单国明与詹氏兄弟此前在宛城旅社一同吃饭，詹氏兄弟垫付了饭钱和粮票，单国明答应归还却迟迟未兑现，并于12月7日上午不辞而别。
詹氏兄弟追至南阳站讨要说法，单国明反而矢口否认，双方争执不下最终动手。
据当时处置事件的南阳站派出所民警回忆，那个自称“单国明”的人员体貌与郑国华描述的嫌疑人特征高度吻合。
然而，侦查员在南阳市公安局的协助下查阅宛城旅社近几个月的旅客登记簿时，并未找到“单国明”的入住记录。
但旅社服务员反映，确有一只无人领取的旅行袋滞留于此，曾有一名男子因无法提供寄存牌而与服务员发生争执，其外貌特征与郑所述嫌疑人一致。
该男子在旅社登记时使用的名字是“徐永平”，登记住址为浙江省温州市平阳县江平公社。
一名曾与“徐永平”有过接触的女性旅客向侦查员反映，该男子操温州口音，自称在南阳棉花库有熟人。
根据这一线索，侦查员迅速走访南阳市棉花加工厂，找到弹棉花工人陈某某。
陈某某表示，自己并不认识“徐永平”，但同乡单国备——永嘉县朱涂人——确曾于12月5日、6日两次前来辞行，声称近日即将返回永嘉，陈某某和同厂老乡李某某于是分别将一双雨鞋和一双棉内衬胶鞋交其捎回老家。
侦查员将滞留旅社的那只旅行袋取出查看，发现其中正有这两双鞋，经陈、李二人辨认，确系他们托带之物。二人所描述的单国备的体貌特征，与郑国华所提供的嫌疑人信息高度一致。
至此，警方确认181次列车麻醉抢劫案的重大犯罪嫌疑人即为浙江省温州市永嘉县朱涂公社林福大队社员单国备，并立即将这一关键信息通报给赴金华开展工作的另一组侦查员。
收到南阳方面通报后，金华组的3名侦查员于12月11日火速转赴永嘉县，在永嘉县公安局永临区派出所的配合下，确认朱涂公社林福大队确有一名单国备的社员，此前外出多日，案发后刚刚返家。
侦查员经与林福大队支部书记沟通，由其以谈话为由将单国备叫至大队部办公室进行初步询问。
侦查员观察其体貌特征，与郑国华所描述的犯罪嫌疑人基本吻合。为稳妥取证，侦查员并未立即实施逮捕，而是询问其返程车票情况。
单国备称车票已购买，票根存放于家中。侦查员于是在永临派出所所长陪同下随其回家取证，果然搜出一张南阳至金华的代用客票，票号与郑国华所持车票相连。
同时，侦查员还在单国备身上搜出20粒淡黄色药片。犯罪嫌疑人单国备见罪行败露，趁民警下楼时不备，突然纵身跳窗、翻越围墙逃逸。
警方后续依法对其父住所进行搜查，成功起获郑国华被劫的旅行袋及袋内全部样品衣物，唯独100元赃款未被查获。
单国备脱逃后，上海铁路公安处迅速上报上海铁路公安局，协调浙江铁路公安处、福州铁路公安处调集警力，在浙江的杭州、金华、温州、宁波及福建的南平、宁德等重要地区实施布控堵截，同时在铁路沿线全面部署侦查力量，展开大规模查缉工作。
同一时间，浙江省公安厅与福建省公安厅也于12月11日夜紧急动员相关地市公安机关，出动大批民警，对辖区内所有旅馆、招待所展开地毯式搜捕。
由于行动迅速、部署严密，12月12日深夜，侦查员终于在丽水县的丽水旅馆分部67号客房内将单国备抓获，并从其身上搜出赃款135元（原抢劫郑国华的100元现金被其消耗剩余85元，其姐夫又资助了50元）。
经连夜审讯，单国备对犯罪事实供认不讳：1981年12月8日，当181次列车停靠南京站时，他假意为郑国华冲泡麦乳精，趁机将事先碾碎的三粒氯丙嗪药片投入杯中。
郑国华饮用后迅速陷入昏睡，单国备以“关心同乡”为名，主动出资为其补办卧铺票，将其安置在5号车厢休息，随后返回8号车厢，将郑国华放置于行李架上的旅行袋取走，并在列车抵达丹阳站时迅速下车。
其后，他多次换乘长途汽车，经溧阳、杭州、丽水等地迂回逃窜，于12月11日上午返回永嘉朱涂老家。
当日下午，他觉察到行迹可能暴露，又从家中潜逃至其姐姐、姐夫家藏匿。在其姐夫的协助和策划下，经温溪、青田辗转逃往丽水，准备继续向福建方向逃亡，未料最终在丽水落网。其姐夫也因涉嫌包庇罪犯、协助逃匿被警方依法拘留。
至此，这起曾引起多方高度重视的181次旅客列车“12.8”重大麻醉抢劫案，在四天半的连续奋战后正式告破。
需要说明的是，在公共交通工具上实施麻醉抢劫，犯罪性质尤为恶劣，根据我国刑法，该行为属抢劫罪中从重判决情形，量刑通常在十年以上有期徒刑、无期徒刑直至死刑。