จากนั้นเจ้าหน้าที่ตำรวจจึงได้ทำการสืบสวนจนน่าเชื่อว่ามีการกระทำผิดจริง จึงให้สายลับทำการติดต่อสมัครเข้ากลุ่มแอพพลิเคชั่นไลน์ ชื่อ “อยุธยาพาเที่ยว” เมื่อเข้าไปในกลุ่มดังกล่าวได้พบว่าบัญชีแอพพลิเคชั่นไลน์ ชื่อ “อลังๆ” ได้โพสต์ภาพและคลิปวีดีโอลามกอนาจาร ก่อนจะทำการล่อซื้อการค้าประเวณีจากนายนิติชัย โดยมีการเก็บเงินค่ามัดจำ จำนวน 500 บาท
เมื่อสายลับโอนเงินจำนวน 500 บาทไปยังบัญชีพร้อมเพย์หมายเลข 080 xxxxxxx ซึ่งผูกกับบัญชีธนาคารกรุงเทพ เลขบัญชี 0610379273 ชื่อบัญชี นิติชัย วงศ์ซารา เพื่อใช้เป็นพยานหลักฐานในการสืบสวนจับกุมผู้กระทำความผิด
จากนั้นชุดจับกุมได้ประชุมวางแผนเพื่อเข้าจับกุม โดยแบ่งกำลัง 3 ส่วนทั้งสายลับ ชุดจับกุม และชุดสืบสวนสภ.พระนครศรีอยุธยา เมื่อนายนิติชัย นำเด็กชายมาส่งที่หน้าห้อง ระหวา่งยืนรอหน้าห้องตำรวจได้เข้าจับกุมทันที ตรวจค้นพบโทรศัพท์มือถือ เมื่อตรวจสอบพบว่าเป็นโทรศัพท์ที่ใช้ในการสนทนาซื้อ-ขายบริการทางเพศกับสายลับผ่านแอพพลิเคชั่น Line จริง และพบบัญชี TWITTER บัญชีชื่อ “เจ๊ใหญ่สนใจทักมาได้(กระเทยนะอ่านด้วย)” บัญชีผู้ใช้ชื่อ “@gUfpzG1INYtVKCk”อยู่ในเครื่องโทรศัพท์ดังกล่าว