Осмотр одежды «Петрова» подтолкнул к версии, что он не являлся жителем Петербурга и, следовательно, нуждался во временном жилье. По законам того времени любое лицо, прибывшее в столицу, было обязано в течение суток с момента заселения представить паспорт для регистрации в полицейский участок. На Фонтанку по очереди вызывали всех дворников, портье гостиниц, трактирных официантов, банщиков и других лиц, которые могли видеть террориста.
Седьмого апреля содержатель гостиницы «Знаменская» опознал в покушавшемся человека, поселившегося в 65-м номере 2 апреля и скрывшегося 3 апреля после напоминания о необходимости представить паспорт. В номере немедленно произвели обыск, в результате которого жандармы обнаружили обрывки бумаги, оказавшиеся фрагментами почтовых конвертов. На одном из них удалось разобрать адрес: «В Москву. На Большой Бронной дом Полякова, № 25. Его высокоблагородию Николаю Андреевичу Ишутину». На другом конверте сохранился фрагмент адреса: «Ермолов, Пречистенка». В Москву направили срочный запрос об установлении этих лиц и указание об их немедленном аресте в случае обнаружения.
Арестованный после отдыха вновь отказался отвечать на вопросы, нарушив данное следователям обещание: «Петров» переиграл комиссию, получив для себя дополнительное время. После этого император назначил председателем комиссии графа М. Н. Муравьева, и допрос возобновился. Арестованному не отказывали в еде и питье, но твердо заявили, что он не будет спать до тех пор, пока не начнет отвечать на вопросы. Член комиссии П. А. Черевин вспоминал, что допросы продолжались безостановочно по 12–15 часов. В течение этого времени не позволялось сидеть или прислоняться к стене. Ночью арестованного будили несколько раз и заговаривали с ним преимущественно по-польски, полагая, что спросонья преступник проговорится. Столь напряженные допросы объяснялись желанием следователей подавить у арестованного волю к сопротивлению. Однако ни избиения, ни пытки к подследственному не применялись.
Девятого апреля в Москве были арестованы Н. А. Ишутин, П. Д. Ермолов и проживавшие вместе с последним М. Н. Загибалов и Д. А. Юрасов. Ишутину предъявили фотографию террориста, по которой он опознал своего двоюродного брата Д. В. Каракозова. Всех арестованных незамедлительно доставили в Петербург для допросов. После очной ставки Ишутина и Каракозова последний стал давать показания.
Ишутин заявил о неосведомленности в делах брата, вероятно полагая, что сумеет убедить следователей в непричастности к покушению. Он стал активно сотрудничать со следствием, которое, в свою очередь, начало с ним оперативную игру. Ему предложили написать брату письмо и склонить его к чистосердечному признанию. Желая продемонстрировать властям свою невиновность, Ишутин 28 и 30 апреля написал брату два послания, в которых убеждал того раскаяться в содеянном. Ишутин писал и о своей полной невиновности и просил брата облегчить ему участь, равно как и участь других арестованных.
Под давлением неопровержимых улик и особенно после писем Ишутина, в которых, повторим, тот заявлял о своей непричастности к покушению, Каракозов начал давать признательные показания, указал на участвовавших в подготовке покушения петербуржцев А. А. Кобылина и И. А. Худякова.
В конце апреля следствие уже располагало точной информацией о роли Ишутина, о его встречах с Каракозовым за две недели до выстрела и об обсуждении ими деталей террористического акта.
Постепенно все участники групп Ишутина и Худякова были установлены и задержаны. Общее число арестованных к сентябрю 1866 г. составило 196 человек. В ходе следствия выяснились подробности о внутренней жизни организаций и о подпольной антиправительственной структуре «Ад».
Остановимся на основных версиях покушения Каракозова.
Считается, что покушение предотвратил крестьянин О. И. Комиссаров, помешавший произвести прицельный выстрел, за что, в качестве награды, его возвели в дворянское достоинство. Если это действительно так, впору говорить о полном провале всех охранных структур империи, в том числе личной охраны государя. Однако уже в 1866 г., то есть сразу после покушения, достоверность этой версии вызывала сомнения у некоторых высокопоставленных лиц. Сам Каракозов во время допросов настойчиво утверждал, что ему никто не мешал стрелять и не толкал под руку. Неудачу своего выстрела он приписывал собственной «нервической торопливости».
В письменных показаниях Каракозова есть интересные признания: