案情迅速上報，經由四川省公安廳直報公安部，並指令福建省警方布控緝拿。仙遊縣公安機關立即部署抓捕行動，配合綿陽警方追逃。
警方判斷的追逃方向極為準確。陳清貴在殺人後，於15日凌晨乘公交逃往夾江縣，從瓷磚廠取出6000元貨款，宿於當地賓館，之後輾轉成都、重慶，由水路返回福建，最終乘車回到仙遊縣。
11月23日晚，他沿小路翻山潛回賴店鎮井田村。
但在他尚未進家前，警方早已佈下天羅地網。他的妻子、母親、妹妹及子女，早已從陳清貴弟弟的來信中得知他在綿陽犯下命案。
全家既憤恨又恐懼，因此當他深夜叩門時，無人敢開。
陳清貴在門外苦苦哀求，稱自己死罪難逃，只求見家人最後一面。最終妹妹陳麗明心軟開門。
一進門，他便遭到老母親痛罵：“你殺了四個人，還有什麼臉回來！”陳清貴自知罪孽深重，不敢久留，轉身逃往當地著名的東山寺。
東山寺山高林密，素有“南少林”之稱，香客與習武者眾多。
綿陽與仙遊兩地幹警聯合行動，包圍寺院，直入住持禪房。
住持辨認照片後指出，陳清貴確於前日入寺，現正在後院休息。
幹警迅速突入房間，將仍在酣睡的陳清貴一舉抓獲。儘管他驚醒後有所掙扎，但終究被制服押上警車。
12月5日下午3時，陳清貴被押回綿陽市。
預審室內，燈光刺眼。主審官是市公安局局長任石林，副審為預審處資深警官尹維勝。陳清貴表面故作鎮定，卻難掩沮喪。
連續兩日審訊，他始終沉默。直到警方轉變策略，利用其“重感情”的心理弱點展開攻心，他終於崩潰落淚，如實供述罪行。
“是我殺的……我有罪，我該死。”他哽咽著交代了整個作案過程。
1992年初，陳清貴從福建來綿陽做瓷磚生意，期間在火鍋店結識李玉。
兩人很快同居，陳清貴為她在七星樓對面開設瓷磚門市，並出資支援她經營火鍋店，但不足兩月便虧損關門。
1993年7月，陳清貴原配妻子陳麗霞從福建趕來，發現丈夫另有家室，激烈爭吵後攜公公返回老家。
陳清貴選擇留在李玉身邊，但兩人關係仍不斷惡化。
李玉後來結識其他異性，並逼迫陳清貴儘快離婚，還寫下協議要求賠償五萬餘元。
案發當晚，兩人再次因貨款和離婚事宜發生爭執，陳清貴情緒徹底失控，先後將李玉、其父、其弟及女嬰全部殺害。
殺人後他清洗兇器、燒燬協議、換衣逃離，原打算回老家見親人最後一面再自殺，但最終被捕。
1993年12月28日下午，綿陽市南河體育中心召開四萬五千人公審大會。
故意殺人犯陳清貴被押赴會場，經法院宣讀裁定，最終執行槍決。
一聲槍響，終結了他罪惡的一生。
