На сиденье рядом с шофером сел Дыхвинский и, показав, куда скрылся преступник, приказал ехать.
Велосипедист свернул за угол на Дворцовую набережную. Когда преследующая его автомашина тоже повернула, красноармеец, лежавший на ее крыле, стал стрелять. Велосипедист вновь свернул в Мошков переулок, успев сделать несколько ответных выстрелов, затем при выезде на Миллионную улицу он бросил велосипед и вбежал во двор Северного английского общества.
К этому времени подъехали еще три автомобиля, в одном из них был комендант Шахов и два чекиста охраны. Из бывших Преображенских казарм на Миллионной улице бежали красноармейцы Стального отряда. По команде Шахова они окружили дом, в котором укрылся убийца. Шахов приказал прекратить стрельбу.
— Убийцу надо взять живым! — кричал он красноармейцам.
Из окруженного здания вышла женщина и сказала, что преступник спрятался в одной из комнат ее квартиры. Шахов и два чекиста вошли в дом. Через несколько минут, поняв, что сопротивление бесполезно, преступник сдался. Им оказался правый эсер Леонид Канегиссер.
Узнав об убийстве Урицкого, В. И. Ленин позвонил в ВЧК и попросил Ф. Э. Дзержинского лично выехать в Петроград для проведения расследования.
На следующий день Дзержинский приехал в Петроград и тут узнал, что в Москве стреляли в Ленина.
Прибыв на Гороховую, 2, Дзержинский приказал привести Канегиссера.
Спокойным и властным тоном стал задавать вопросы.
Канегиссер отвечал нервно, с вызовом.
«На вопрос о принадлежности к партии заявляю, что отвечать прямо из принципиальных соображений отказываюсь. Где и когда приобрел револьвер — показать отказываюсь. Что касается происхождения залога 500 рублей за велосипед, то предлагаю считать мое показание о нем уклончивым. Дать более точные показания отказываюсь», — скорописью зафиксировал в протоколе допроса Дзержинский и приказал увести арестованного. Ему и так было ясно, что убийство Урицкого не акт мести одиночки, а одно из звеньев заговора.
Убить Урицкого, стрелять в Ленина! На это могли пойти только правые эсеры.
Дзержинскому уже доложили, что Леонид Канегиссер, дворянин, бывший юнкер Михайловского военного училища, ныне студент-политехник, является двоюродным братом известного контрреволюционера, сподвижника Корнилова и Савинкова правого эсера Филоненко, скрывающегося под именем комиссара Мухина и разыскиваемого чекистами.
Чекисты знали, что правые эсеры играют немаловажную роль и в заговоре иностранных дипломатов. Действовавшие в «мозговом центре» заговорщиков чекисты-разведчики уже докладывали об этом Дзержинскому. Они сообщили, что 25 августа на тайном совещании обсуждалась программа ближайших диверсий на железнодорожных путях к Петрограду.