槍擊命案發生後，台中警方立刻成立專案小組，並擴大調閱周邊監視器，迅速鎖定51歲的凶嫌趙男，發現趙男步行離開現場後，就開走跟朋友借來的車子，並前往東協廣場附近的朋友家中。

最後警方在東協廣場頂樓14樓發現趙男蹤跡，然而當時趙男情緒不穩，與警方對峙，警方趁其不備將他壓制，並在現場起獲犯案改造槍械1把、改造子彈6發等證物，警方將持續追查其中有無其他不法，並擴大追查槍枝來源。

警方初步調查，死者林男有毒品前科，趙男則是林男的小弟，幫忙賣貨，26日2人相約超商戶外座位區「談事」，趙男甚至準備好4、5頁手寫信，表達2人合作期間的不滿與金錢糾紛，更認為自己遭林男欺壓，然而2人未達共識，趙男一時氣憤而開槍行凶。