Между тем, несмотря на активные поиски столичной и областной милиции, преступник по-прежнему гулял на свободе. В квартире изнасилованной девушки был найден тетрадный листок с записями фамилий жильцов дома, квартиры которых 25 декабря посетил убийца. Эксперты-криминалисты обнаружили на нем отпечаток пальца. После этого сотрудники угро исследовали несколько сот образцов почерков работников местного горгаза, но владельца такого почерка так и не нашли. Проверка по линии психически больных людей также результатов не дала.
Прошло еще три дня, и наступило 28 декабря 1963 года. Ионесян, все это время прятавшийся на квартире Коренковой, вновь вышел на "дело". И вновь его наглость и безнаказанность не знали границ. В том же Ленинградском районе, недалеко от места, где он убил 12-летнего подростка, он вновь обманом проник в одну из квартир и убил 11-летнего мальчика. Москва содрогнулась от еще одного зверства неуловимого маньяка, и кремлевские власти обрушили свой гнев на нерасторопных сыщиков. Следствие было активизировано, тысячи людей вовлечены в поиски преступника, но все безрезультатно. Ионесян вновь залег в свое лежбище у Рижского вокзала, пропивая и проедая кровавые деньги. Так длилось почти две недели.
Встретив Новый, 1964 год, Ионесян в начале января вновь вылез наружу. И снова, как и в прошлый раз, далеко от дома отходить не стал. 8 января недалеко от проспекта Мира он вошел в только что заселенный дом и, представившись представителем строительной организации, устраняющей неполадки в новом доме, проник в квартиру 46-летней женщины. Выяснив, что у женщины есть претензии к строителям, Ионесян посоветовал ей изложить свои жалобы в письменном виде. Та так и сделала. Сев за стол, она взяла чистый лист бумаги, ручку и вывела заголовок: "Заявление". Больше женщина написать ничего не успела: вытащив из сумки топор, Ионесян обрушил его на голову несчастной. После этого он забрал из квартиры 100 рублей, наручные часы "Мир" и телевизор "Старт-3". Этот старенький телевизор, в сущности, и поставит точку на затянувшемся кровавом пути 26-летнего убийцы.
Выйдя на улицу с завернутым в скатерть телевизором, Ионесян первым делом попытался поймать попутную машину. Ему это вскоре удалось: возле него остановился самосвал, водитель которого согласился подбросить Ионесяна до дома. Всю эту сцену случайно заметил участковый уполномоченный 58-го отделения милиции Евгений Малышев. Проводив отъезжающую машину взглядом, он запомнил две первые цифры номера машины: 96. А вечером, когда стало известно об убийстве 46-летней женщины и пропаже из ее квартиры телевизора, Малышев тут же сообразил, что его показания могут быть полезны сыщикам. И оказался прав. После его сообщения сотрудники ОРУД ГАИ "перетрясли" все самосвалы, зарегистрированные в ГАИ Москвы и области. Под утро была обнаружена машина МОЖ 96-26, водитель которой рассказал, что вчера, часов в двенадцать дня, он действительно подвозил молодого человека с ящиком в район Рижского вокзала, на перекресток Трифоновской и 3-й Мещанской улиц. Получив эти данные, сыщики смекнули, что с такой поклажей далеко идти преступник не мог, а значит, лежбище его где-то неподалеку от Рижского вокзала. Именно с такой мыслью заместитель начальника 19-го отделения милиции Николай Билюченко начал обход своей территории. И во время этого обхода одна из жительниц с улицы Щепкина рассказала ему, что у ее соседки Коренковой гостит племянница с мужем. И муж этот похож на кавказца. Более того, этот кавказец позавчера привез домой телевизор и вчера уже продал его жильцу из соседнего дома. Все эти сведения Билюченко тут же сообщил на Петровку, 38. Остальное было делом техники. Муровцы быстро узнали, что у Коренковой никакой племянницы нет и в помине, а комнату свою она сдает какой-то молодой женщине и мужчине. Взяв в оборот жильца из соседнего дома, который купил вчера у постояльца Коренковой телевизор, сыщики без труда установили: это тот самый "Старт-3", украденный из квартиры убитой. Как только это выяснилось, сыщики тут же нагрянули к Коренковой, однако молодых постояльцев в тот момент дома не оказалось. Зато в их комнате были найдены многие предметы из квартир убитых в Москве и Иванове людей. В десять часов вечера в квартиру вернулась Алевтина Дмитриева. Она была тут же арестована. Однако она рассказала, что Ионесян (теперь милиция точно знала его фамилию) проводил ее в тот день до Казанского вокзала и велел купить себе билет на 11 января до Казани (там жили ее родственники). После этого он простился с ней и уехал в неизвестном направлении. Больше она ничего существенного о судьбе своего друга сообщить не могла. И тогда за нее это сделали вещи Ионесяна. В них сотрудники МУРа обнаружили карту железных дорог страны и лист бумаги, на котором рукой Ионесяна были написаны названия городов: Иваново, Казань, Рязань, Ярославль, Оренбург. Так сыщики вышли на места возможного появления убийцы. Во все эти города были высланы сотрудники МУРа, местное руководство милиции заранее оповещено о возможном появлении у них опасного преступника.
Тем временем Ионесян, сутки просидев в укромном месте в Москве, выехал в Казань. Туда же, как и было оговорено заранее, выехала 11 января... сотрудница МУРа, загримированная под Дмитриеву. 12 января Ионесян приехал в Казань, ровно за час до прибытия в город московского поезда. К этому времени вся территория вокзала и его окрестности были уже плотно нашпигованы переодетыми в гражданское милиционерами, а на самом перроне находился министр охраны общественного порядка Татарской АССР генерал внутренней службы 3-го ранга С. Япеев и начальник отдела уголовного розыска министерства Бикмухаметов.