英捕房總巡卡洛斯馬上下令圍捕應桂馨。可是應桂馨時常不在家。經詢問得知應桂馨在英租界湖北路上的迎春坊。為了慎重，特意由一名國民黨探員先進去探虛實。當得知應桂馨在裏麵時，這名探員找了個理由便把應桂馨騙下樓，然後就把應桂馨用手銬銬住了。
次日英捕房總巡卡洛斯和法租界總巡藍維藹一起來到應桂馨的家裏搜查，並將全家男女老少逐一盤問，然後按男女不同分別軟禁於兩個房間。在應桂馨的家裏，不但搜出了他殺人的所有證據，還抓到了凶手武士英。同時，從書信來往中發現了一個秘密：袁世凱就是刺殺宋教仁的主謀，而國務總理趙秉鈞和內務部秘書洪述祖是同謀要犯。在證據麵前，武士英說出了受應桂馨指使刺殺宋教仁的事實。
武士英被收押在上海地方檢察廳，應桂馨被關押在江蘇海運局。所有證據交給了江蘇都督程德全的特派代表陸惠生、吳佩潢。
洪述祖聞風逃往青島，化名“王蘭亭”，不惜重金買通了德國警務長，就這樣洪述祖便寄身在青島。
孫中山從日本回到上海後，和黃興等人共同商議對策，他們已得知刺殺宋教仁的主謀就是袁世凱。孫中山後悔自己的讓位，他主張用武力將袁世凱除去，可是黃興等人則主張通過法律來解決，他們在這一問題上分歧很大，雙方僵持不下。
4月24日，傳來了武士英意外暴病死亡的消息，有人說是吃了毒饅頭所致，是袁世凱在暗中使用手段。具體什麼原因最後也沒公布，但人們都明白武士英是被滅口的。
在孫中山等人的強烈要求下，程德全將這幾天來收集到的證據公之於眾，袁世凱就是刺殺宋教仁的主謀。一時間報紙紛紛寫文章大罵袁世凱。
而袁世凱利用手中大權，通過“禦用”報章“辟謠”，聲稱是國民黨內部所為。
通過宋教仁被刺案，一些原本對袁世凱抱有幻想的國民黨人認識到，隻有除去袁世凱，才能實現民主政治。他們也知道使用法律沒有效果，隻有用武力。然而此時袁世凱軍費充裕，也早有準備，而孫中山等人由於準備不足，勢力薄弱，最後以失敗告終。
就在孫中山發動二次革命之時，應桂馨趁機越獄逃往青島。11月，應桂馨連續兩次致電袁世凱，讓袁世凱為其昭雪，並給予一定的補償，可發出的電報都沒有回信。不見回音的應桂馨親自趕往北京，住在北京一家旅館裏給袁世凱寫信，說自己已到達京城，讓袁世凱實現當初“授二等勳章和現金50萬的承諾”。袁世凱本想給他錢就了事，可是應桂馨也不好惹，非要求兩個條件都滿足。袁世凱見此人難纏，心想留著也是禍害，不如盡早鏟除。於是假裝同意兩個條件，讓應桂馨去南方做官。19日，當應桂馨坐上火車時被袁世凱指派的人刺死。
趙秉鈞聞聽應桂馨被害死的消息後，曾致電各處捉拿凶手。他還打電話問袁世凱，是誰殺了應桂馨。袁世凱說：“是我殺了他。”趙秉鈞說；“以後誰還為你做事？”袁世凱啪的一下把電話掛了。趙秉鈞後悔自己說的話，他擔心自己的生命會有危險，整夜不安，難以入眠，致使身體不適，他便向袁世凱告假在家休養。2月26日晚上，幾名帶著槍的大漢突然闖進趙秉鈞的家中，對他說：“大總統聽說你病了，讓我們給你送藥來了。”說完拿出一顆藥丸，讓趙秉鈞服下。趙秉鈞知道在劫難逃，今日便是自己的死期，於是便吃下了藥丸，一會兒他便七竅流血而死。
趙秉鈞死後，狡猾的袁世凱裝出一副很仁慈的樣子，下令撥給治喪費一萬元，並按陸軍上將禮遇下葬。
至此，宋教仁一案中僅洪述祖尚在。1917年，化名張皎安的洪述祖來到上海。卻因為在此之前他向德商祥豐洋行借過一筆巨款，至今未還，洋行一路追蹤到了上海，並向公共租界巡捕房提出控告，和他打官司。在法庭上，有人認出了張皎安就是洪述祖，於是洪述祖被宋教仁的兒子宋振呂和國民黨人劉白抓住，當場一頓暴打。之後，眾人將其押送公堂，經過核實，法庭最終確認此人就是宋教仁一案中的要犯洪述祖。經交涉，洪述祖被移交到北京地方法院。9月7日，洪述祖被判無期徒刑。可是洪述祖不服，認為自己是受人指派，應從輕處罰。他上訴到高等法院，高等法院維持原判。洪述仍是不服繼續上訴，沒想到這一次卻要了自己的性命。他上訴的大理院改判洪述祖死刑，於4月5日處以絞刑。洪述祖臨死前大聲呼喊：“我是奉大總統的命令啊！”
1916年5月29日，在孫中山的帶領下，19個省聯合起來讓袁世凱退位，並要將他交到法庭讓他得到應有的懲罰。袁世凱驚恐萬狀，日憂愁夜難眠，最終導致一病不起。6月6日，袁世凱終於憂懼而死，也帶走了他的皇帝夢。