В феврале следующего года «органы» захватили руководителя Подольского краевого провода ОУН Василия Бея — «Упаса», который имел постоянный контакт со своим руководителем, и через него можно было выйти на Кука. «Улас» «был завербован и в качестве агента вернулся в бандоуновское подполье». Однако подпольщик рассказал командиру о вербовке и продолжил борьбу «с советами» до своей гибели в мае 1952 г.
Планы по задержанию Кука чекисты связывали и с использованием эмиссара Зарубежного представительства Украинской Главной освободительной рады (УГВР) Василия Охримовича, задержанного в октябре 1951 г., который поддерживал контакт с руководителем подполья. От имени Охримовича была начата агентурная игра, в результате которой было установлено, что Кук весной 1953 г. перебрался на базу Рогатинского надрайонного провода ОУН в Станиславской области. Однако Кук разгадал игру, и захватить его не удалось. Несколько раз чекисты были почти у цели, но хитрый «Барсук» уходил от охотников.
В декабре 1952 г. оперативно-войсковой группой МГБ были убиты боевики «Зенка» и «Орача», которые, как выяснилось, до своего последнего дня скрывались в одном бункере с Куком».
Незадолго до ареста в апреле 1953 г., в письме, написанном для отправки на Запад, В. Кук так оценил текущее состояние подполья: «Положение организации в целом катастрофическое… Руководящие кадры ликвидированы. Вся работа состоит в самообеспечении и сохранении на лучшие времена… Длительная подпольная жизнь изнурила даже сильнейших, нервное истощение, физическое переутомление, болезни и раны…»
Пережив трудную зиму 1953/1954 гг. и избежав ареста, Кук весной начал налаживать контакты с оставшимися ячейками подполья. Именно это и решили использовать чекисты для его захвата. В КГБ Украины был разработан детальный план мероприятий по его задержанию. Этот план предусматривал вербовку связного Кука «Юрка», создание агентурной группы из перевербованных агентов — боевиков «Карпо», «Петра» и «Богуна», для задержания Кука на пунктах встреч и в схронах, в которых он мог появиться. С агентами были отработаны легенды о линии поведения на каждый конкретный случай и поставлена задача любой ценой захватить Кука живым. С ними была организована постоянная радиосвязь и отработано взаимодействие агентов со специальной оперативной группой КГБ, созданной для предоставления им в нужный момент необходимой помощи.
Василий Кук был захвачен спецгруппой КГБ УССР в Иванцевском лесу Львовской области 24.05.1954 г. вместе с женой Ульяной Крюченко.
Розыск и задержание В. Кука (операция «Западня») проводил 1-й отдел 4-го управления КГБ УССР. Для встречи «Лемиша» чекисты привели в порядок один из подземных бункеров, где Кук останавливался в 1947–1952 гг. Бункер разминировали, высушили, побелили и придали ему жилой вид. В нём установили и замаскировали радиосигнализационный аппарат «Тревога». В ночь с 20 на 21 апреля 1954 г. в бункер поселили спецагентов. По информации участника операции полковника КГБ Георгия Захаровича Санникова, Кука схватили с помощью завербованного оперативниками его связного и особо доверенного боевика, в прошлом сотрудника СБ «Карпо», который и привёл супружескую чету в бункер.