לכך התווספו עוד שתי ראיות חשובות שנמצאו בזירה: החוט שבאמצעותו נקשרה לוי, והסמרטוט שבו חנקו אותה. אנשי המעבדה לזיהוי פלילי הצליחו להפיק מהם דגימת DNA, וממנה עלתה זהות של גבר ואשה. מסקנה נוספת של הצוות הייתה שהקורבן הכירה את מי שרצח אותה, כי על פי קרוביה "היא לא הייתה פותחת דלת לאף אחד".
אחרי מספר פעולות טכנולוגיות וחיתוך במאגרי המחשב הצליחו בימ"ר תל אביב לאתר את כתובת הבית בשטחים שאליו בוצעה שיחת הטלפון, וגילו כי ליושבי אותו בית יש קשר כזה או אחר עם משפחה יפואית הגרה בסמיכות למנוחה.
"בשלב הזה היינו צריכים לעבוד על מי שגר בבית הזה על מנת להשיג מהם דגימת DNA", מסביר רפ"ק אביטל. המשימה המסובכת, שבאותו זמן כלל לא היה ברור אם תביא לתוצאה המיוחלת, הוטלה על בלשי ימ"ר תל אביב בראשות סנ"צ יואב קוטלר. אחרי שהתקינו האזנות על הטלפונים של כל בני המשפחה שגרה בכתובת, והציבו את אנשי היחידה הסמויה לעקוב אחריהם, החלו הבלשים לבוא איתם במגע. זה החל בבדיקות מחסום שגרתיות על מנת לקבל טביעת אצבע, וזימונים למשטרה באמתלות שונות.
באחד המקרים זומנה אחותה של מי שבדיעבד התגלתה כחשודה המרכזית ברצח, והתבקשה להגיע למרחב יפתח בטענה שביצעה עבירת תנועה. בלשי הימ"ר לבשו מדים של שוטרי תנועה וחקרו אותה במשך שעות. בכל הזמן הזה חיכו לקצת רוק שייצא מפיה על מנת לדגום אותו ולהעביר אותו למעבדה לזיהוי פלילי בכדי להפיק DNA. ההמתנה השתלמה ושקית עם דגימת הרוק הועברה עוד באותו הערב למעבדות. התשובה לא איחרה להגיע: ה-DNA התאים ב-90 אחוז מהפרמטרים לדגימה שנמצאה בדירת שושנה לוי. המשמעות היא שהבחורה שנדגמה אינה הרוצחת, אבל מישהי מבנות משפחתה - כן.
החוקרים, שהאזינו לשיחות, הבינו שהרצח בדרך לפענוח אך עדיין חסרו להם המניע וזהות הגבר החשוד שהיה עמה בדירה. בדיעבד הבינו החוקרים שהמנוחה הכירה את משפחתה של סמארה אבו חאמד, שבעבר גרה בסמיכות אליה. אבו חאמד עצמה "התנדבה" לעזור לה מטעם ביטוח לאומי בניקיון הבית, ובפועל מה שביקשה היה לשדוד אותה.
מבצע המעצרים יצא לדרך, ובסיבוב הראשון נעצרו אבו חאמד עצמה, כמה מבני משפחתה ומספר גברים מחמולות בקלקיליה ובקלנסווה שעלה חשד שהם קשורים לאירוע. בעזרת כוחות צבא גדולים נכנסו לקלקיליה קציני הימ"ר, יחד עם מפקדם נצ"מ גדי אשד, ועצרו את החשודים. מחקירתם הבינו שהחשוד המרכזי ברצח – עומר קורעאן (הגרוש של אבו חאמד) – אינו בין העצורים.
אז גם התבררה בפניהם התמונה המלאה: החשודה היא שהציעה לבעלה את ביצוע השוד על מנת לעזור לו לסגור חובות כספיים. ואכן, בבדיקה שערכו במשטרה התברר כי זמן קצר לאחר השוד הוא שילם כספים רבים לגורמים שונים.
ביום שלישי שעבר שוב הוכנו כוחות מיוחדים של מג"ב כדי לבצע מעצר בקלקיליה. קורעאן ניסה להימלט עם עגלה וסוס דרך אחד המחסומים, אבל שוטרי מג"ב סגרו עליו, ובתום מרדף קצר הוא נעצר והובא אחר כבוד ארצה.