槍擊案發後，警察局長林炎田第一時間就率領刑事警察大隊長、轄區左營分局長等人立即趕赴勘查現場，召集本局 (刑事警察大隊、刑事鑑識中心、左營分局) 成立專案小組，報請橋頭地檢署吳檢察官指揮偵辦，採取跨區團隊檢警合作，以車追人方式展開調查緝凶。
案經專案小組積極調閱案發地周遭監視器，沿線構建槍手前來作案及逃逸路線軌跡，並派員在焚車現場進行刑事鑑識勘查，發現涉案槍手是從新竹南下駕駛權利車到高雄作案，並在案發後迅速換裝從高雄再轉搭由共犯駕駛接應車輛潛逃至臺南，於當天再經嘉義、雲林、南投，彰化逃逸至桃園藏匿，最後在偷渡集團掩護下南下屏東搭乘漁船潛逃出境。
高雄檢警團隊合作，動員百名警力，經派員實地勘查建構，逐一釐清槍手楊嫌與當天接應共犯真實身分與使用作案車輛影像，並掌握槍枝與車輛等關鍵性生物跡證，揭開此起跨國計畫性犯罪，發現本案是以范姓主嫌為首之犯罪集團，在114年4月起，便精心策畫將預備行兇階段，區分為五大核心犯罪架構，以利密謀犯案及事後脫逃，分別為：
一、槍手集團。(規劃任務與執行作案)
二、徵信業集團。(安裝設備，掌控羅姓被害人行蹤)
三、權利車集團。(提供作案車輛預置特定山區備用)
四、接應脫逃藏匿集團(執行轉運載送藏匿工作)。
五、偷渡出境集團。(安排漁船偷渡出境前往國外)。
專案小組鎖定該集團「五大核心犯罪架構」成員真實身分與藏匿處所後，迅速動員本局百名警力，佈下「天羅地網」在全台各地，從南到北展開緝凶，於8月22日案發日迄今，以堅壁清野查緝、輔以科技偵查方式，共計追查出該集團涉案車輛7部、2把作案槍械，並對於槍手集團共犯與提供作案車輛之權利車供應商、以及幕後掩護偷渡及潛逃出境之集團成員共計30人，分別依刑法殺人罪、組織犯罪防制條例、槍砲彈藥刀械管制條例、藏匿人犯、偽造文書、入出國及移民法等罪嫌移送橋頭地檢署偵辦。
另針對楊嫌等人潛逃境外藏匿部分，高雄市警局將報請刑事局啟動國際合作方式，協調當地司法單位協助將其繩之以法。
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